El "efecto túnel cuántico" a nivel macroscópico reconocido con el Nobel de Física y su relevancia para el desarrollo tecnológico
John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis fueron galardonados por sentar las bases para una nueva era en la computación cuántica y la tecnología digital.
Este martes, la Real Academia de las Ciencias de Suecia otorgó el Premio Nobel de Física 2025 a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis, quienes lograron trasladar al plano macroscópico el llamado "efecto túnel cuántico", un fenómeno que permite a las partículas atravesar barreras aparentemente infranqueables.
Su trabajo no solo responde a preguntas fundamentales de la física moderna, sino que impulsó avances concretos en el ámbito de la computación y la tecnología cuántica, dando paso al desarrollo de la informática del futuro, del que ya se desprenden numerosas aplicaciones reales y prácticas.
¿Qué es el "efecto túnel cuántico"?
El "efecto túnel cuántico" se produce cuando una partícula atraviesa una barrera que parece imposible gracias a las reglas de la mecánica cuántica, lo cual no supone una violación de las leyes de la física, sino que sigue las de la física cuántica.
Ejemplo de "efecto túnel cuántico". | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Las partículas cuánticas se comportarían no como una "bola", tal y como se encuentra en el mundo físico, sino como una onda que puede extenderse y superar barreras aparentemente imposibles.
¿Cómo validaron la existencia de propiedades cuánticas macroscópicas?
Los laureados validaron la existencia de propiedades cuánticas macroscópicas al realizar experimentos que demostraron tanto el túnel cuántico mecánico macroscópico como la cuantificación de energía en un circuito eléctrico.
Buscando explorar el tamaño máximo de un sistema capaz de demostrar efectos de la mecánica cuántica, los investigadores utilizaron un circuito electrónico construido con superconductores, que son componentes capaces de conducir una corriente sin resistencia eléctrica.
En este circuito, los componentes superconductores estaban separados por una capa delgada de material no conductor, una configuración conocida como una unión Josephson.
El sistema de partículas cargadas que se movía a través del superconductor se comportaba como un único sistema de tipo partícula macroscópica que llenaba el circuito entero.
Circuito conocido como unión Josephson. | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
En tanto, el sistema macroscópico estaba inicialmente en un estado donde la corriente fluía sin voltaje (el estado de voltaje cero), el cual estaba atrapado en ese estado, como si estuviera detrás de una barrera que no podía cruzar.
Este demostró su carácter cuántico al lograr escapar del estado de voltaje cero a través del túnel, en consecuencia este cambio de estado (la validación del túnel) fue detectado mediante la aparición de un voltaje.
Al demostrar el túnel cuántico, los experimentos validaron que las propiedades de la mecánica cuántica pueden concretarse a escala macroscópica.
Diagrama del experimento. | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
De igual manera, los laureados también lograron demostrar que el sistema se comportaba de la manera prevista por la mecánica cuántica, es decir, está cuantizado; y que esta cuantificación implica que el sistema solo absorbe o emite cantidades específicas de energía, validando así los niveles de energía cuantificados.
¿Qué importancia tiene este descubrimiento?
Las implicaciones del descubrimiento pueden manifestar efectos cuánticos significativos, tanto a nivel fundamental como tecnológico.
Por ejemplo, respondió a una pregunta esencial de la física sobre el tamaño máximo que puede tener un sistema para demostrar efectos de la mecánica cuántica, al evidenciar que las propiedades cuánticas pueden ser concretas a escala macroscópica.
Estos descubrimientos proporcionaron oportunidades para el desarrollo de la próxima generación de tecnología cuántica. Esta tecnología futura incluye áreas como la criptografía cuántica, las computadoras cuánticas y los sensores cuánticos.
Chip cuántico de Google. | Google
La mecánica cuántica es descrita como "enormemente útil", ya que es la base de toda la tecnología digital actual; por ejemplo, los transistores en los microchips de los computadores son un ejemplo de la tecnología cuántica ya establecida que nos rodea.
Además, es importante notar que, si bien la mecánica cuántica ya es la base de toda la tecnología digital actual (por ejemplo, en las tecnologías que ya incorporan numerosos teléfonos celulares), el trabajo sobre el túnel cuántico macroscópico impulsa la transición a la siguiente fase de la tecnología cuántica, completamente nueva y disruptiva.
Ejemplo de "efecto túnel cuántico". | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Circuito conocido como unión Josephson. | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Diagrama del experimento. | Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
Chip cuántico de Google. | Google
