John Clarke, Michel Devoret y John Martinis revelaron la física cuántica a escala macroscópica. El trabajo supuso un hito para el desarrollo de circuitos cuánticos superconductores.Crédito: UC Berkeley; Ingeniería de Yale; Rocco Ceselin para Naturaleza
Tres físicos reciben el Premio Nobel de Física 2025 por demostrar Física cuántica a escala macroscópica.
La investigación, incluida la extraños fenómenos de túneles cuánticos y la superposición cuántica, ha ayudado a sustentar algunas de las computadoras cuánticas más avanzadas de la actualidad.
Juan Clarke en la Universidad de California, Berkeley, Michel Devoret en la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, y la Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB), y Juan Martinistambién de la USCB, compartirá el premio de 11 millones de coronas suecas (1,2 millones de dólares), anunciado por la Real Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo el 7 de octubre.
«Estoy completamente atónito; nunca se me había ocurrido de ninguna manera que esto pudiera ser la base para un premio Nobel», dijo Clarke, hablando con los periodistas reunidos para el anuncio. «Creo que nuestro descubrimiento es de alguna manera la base de la computación cuántica», dijo, añadiendo que aunque dirigió el trabajo del trío en la década de 1980, las contribuciones de los otros dos fueron «abrumadoras».
martinis dijo Naturaleza que su esposa había recibido la noticia en mitad de la noche, hora de California, pero decidió no despertarlo todavía. «Me desperté un poco antes de las 6. Luego abrí mi computadora y vi las fotos de John, Michel y mías».
«Es maravilloso poder celebrar la forma en que la mecánica cuántica centenaria ofrece continuamente nuevas sorpresas. También es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital», afirmó Olle Eriksson, físico de la Universidad de Uppsala en Suecia y presidente del Comité Nobel de Física.
La tunelización cuántica de electrones lleva la microscopía óptica ultrarrápida a la escala atómica
Mecánica cuántica macroscópica
Las bases de la mecánica cuántica se sentaron hace 100 años. Pero muchas de sus extrañas implicaciones han tardado décadas en desentrañarse.
Uno es el fenómeno de túnel cuántico — la capacidad de las partículas de atravesar una barrera, algo que según la física clásica no debería ser posible, dada su energía. La formación de túneles explica la desintegración radiactiva, en la que, a pesar de estar confinada dentro de un átomo, una partícula alfa todavía tiene una pequeña probabilidad de escapar del núcleo. Otra es la superposición cuántica, en la que un objeto puede existir simultáneamente en dos estados.
Tanto la formación de túneles como la superposición se conocían a escala atómica, pero no se habían observado en sistemas macroscópicos. A finales de la década de 1970, Anthony Leggett, que ganó el Premio Nobel de Física en 2003 por su trabajo teórico sobre superconductorespreguntó si los fenómenos serían observables a escala macroscópica utilizando circuitos superconductores: bucles de alambre que, cuando se enfrían a una fracción de grado por encima del cero absoluto, pueden conducir electricidad sin resistencia.1.
«Nos tomamos muy en serio la pregunta: ¿obedecerían estos grandes sistemas la mecánica cuántica? Y pensamos muy detenidamente cómo demostrarlo», recuerda Martinis. En la década de 1980, Clarke, Devoret y Martinis, que trabajaban en Berkeley, estaban entre los que exploraban los efectos cuánticos en bucles superconductores.2. El trío organizó un experimento en el que dos superconductores estaban separados por una delgada barrera, conocida como unión de Josephson.3. En este estado, una supercorriente puede fluir con resistencia cero, como un río que corre sin fricción, pero también con voltaje cero, es decir, sin una pendiente descendente que impulse la corriente. En la física clásica, el sistema permanecería estancado así, a menos que se le diera suficiente energía para escapar.
Al monitorear cuidadosamente el sistema y aumentar lentamente la corriente, Clarke, Devoret y Martinis demostraron que todo el pequeño circuito podría pasar a un estado de mayor energía, mediante túneles cuánticos, que observaron midiendo un pico de voltaje. Yasunobu Nakamura, físico de la Universidad de Tokio, dice que a muchos todavía les sorprendió que la mecánica cuántica pudiera manifestarse a escalas tan grandes.
«Son realmente pioneros en este campo», afirma Nakamura, quien a finales de los años 1990 se convirtió en el primer físico en demostrar una qubit superconductor bit o 'qubit' usando un principio similar.
