La Real Academia Sueca de Ciencias concedió el galardón a tres físicos por experimentos con superconductores que demostraron propiedades de la mecánica cuántica en sistemas grandes, abriendo camino a computadoras cuánticas y a la tecnología digital
NotMid 07/10/2025
Ciencia y Tecnología
El trabajo teórico de Anthony Leggett sobre el efecto túnel cuántico macroscópico en una unión Josephson sirvió de inspiración para una nueva era de experimentos. A mediados de los años 80, Michel Devoret se unió al grupo de investigación de John Clarke en UC Berkeley, junto con el estudiante de doctorado John Martinis. Juntos, se dedicaron a un desafío monumental: demostrar este efecto cuántico en un sistema observable.
Aislamiento y Precisión Extrema
La tarea requirió una precisión y un cuidado extraordinarios para aislar la configuración experimental de cualquier interferencia externa. Los científicos lograron refinar y medir meticulosamente todas las propiedades de su circuito eléctrico, permitiéndoles una comprensión detallada de su sistema. El escenario del experimento era un chip que medía apenas un centímetro.
Para capturar los fenómenos cuánticos, el equipo alimentó una corriente débil en la unión Josephson y midió el voltaje. Inicialmente, el voltaje era cero. El experimento clave consistió en medir cuánto tardaba el sistema en ‘saltar’ o tunelizar fuera de este estado, provocando la aparición de un voltaje. Dado que la mecánica cuántica introduce un elemento de azar, se realizaron innumerables mediciones para trazar los resultados estadísticamente.
El equipo fue más allá: introdujeron microondas en el estado de voltaje cero. Observaron que, al absorber ciertas longitudes de onda, el sistema pasaba a un nivel de energía más alto. Esto confirmó una predicción crucial de la mecánica cuántica: el estado de voltaje cero tenía una duración más corta cuando el sistema poseía más energía.
El “Gato de Schrödinger” Hecho Realidad
Teóricos como Leggett han comparado el sistema cuántico macroscópico creado por los laureados con el famoso experimento mental del gato de Schrödinger. La serie de experimentos demostró que hay fenómenos donde grandes cantidades de partículas se comportan colectivamente tal como lo predice la mecánica cuántica.
Este logro se traduce en la creación de una especie de “átomo artificial” a gran escala, un estado cuántico macroscópico que ofrece un potencial sin precedentes. Estos “átomos artificiales” se utilizan para simular otros sistemas cuánticos más complejos. Hoy, los circuitos superconductores son una de las técnicas clave que se exploran activamente en la búsqueda de construir una computadora cuántica funcional.
El Reconocimiento Global
Este galardón representa el segundo Premio Nobel anunciado en la semana. Se suma a los premiados en Medicina, Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell y el Dr. Shimon Sakaguchi, por sus descubrimientos sobre cómo el sistema inmunológico distingue entre gérmenes y células propias. El año anterior, los pioneros de la inteligencia artificial John Hopfield y Geoffrey Hinton ganaron el premio de física por sus contribuciones al aprendizaje automático.
El Premio Nobel de Física ha sido otorgado 118 veces a 226 laureados entre 1901 y 2024. Los anuncios del Nobel continúan esta semana con Química, Literatura y la Paz. La ceremonia de entrega se celebra el 10 de diciembre, y los galardones conllevan un prestigio inestimable y una dotación en metálico de 11 millones de coronas suecas, equivalentes a casi 1.2 millones de dólares.
El trabajo pionero de Anthony Leggett sobre el efecto túnel cuántico macroscópico en una unión Josephson inspiró una nueva generación de experimentos. A mediados de la década de 1980, tras doctorarse en París, Michel Devoret se unió al grupo de John Clarke en UC Berkeley como postdoctorado, junto con el estudiante de doctorado John Martinis. Juntos, se propusieron un desafío monumental: demostrar este elusivo efecto cuántico en un sistema observable.
Figura 6. John Clarke, Michel Devoret y John Martinis construyeron un experimento utilizando un circuito eléctrico superconductor. El chip que contenía este circuito tenía un tamaño aproximado de un centímetro. Anteriormente, el efecto túnel y la cuantización de la energía se habían estudiado en sistemas que contaban con unas pocas partículas; en este caso, estos fenómenos aparecieron en un sistema mecánico cuántico con miles de millones de pares de Cooper que llenaban todo el superconductor del chip. De este modo, el experimento llevó los efectos mecánicos cuánticos de una escala microscópica a una macroscópica. ©Johan Jarnestad/Real Academia Sueca de Ciencias
La Demostración Experimental
El equipo dedicó un gran esfuerzo a aislar su configuración experimental de cualquier interferencia externa, logrando refinar y medir las propiedades de su circuito eléctrico a un nivel de detalle sin precedentes. El chip que contenía el circuito, de apenas un centímetro, se convirtió en el escenario de la prueba.
Para observar los fenómenos cuánticos, los científicos alimentaron una corriente débil en la unión Josephson y midieron el voltaje. Inicialmente, el voltaje era cero. Luego, midieron el tiempo que tardaba el sistema en ‘escapar’ de este estado mediante el efecto túnel cuántico, lo que causaba la aparición de un voltaje. Dada la naturaleza azarosa de la mecánica cuántica, realizaron numerosas mediciones para trazar sus resultados estadísticamente.
Además, el equipo introdujo microondas de diferentes longitudes de onda en el estado de voltaje cero. Observaron que algunas eran absorbidas, haciendo que el sistema pasara a un nivel de energía más alto. Esto demostró de forma crucial que el estado de voltaje cero duraba menos cuando el sistema contenía más energía, tal como lo predice la mecánica cuántica.
En un conductor normal, los electrones chocan entre sí y con el material. Cuando un material se convierte en superconductor, los electrones se unen en pares, llamados pares de Cooper, y forman una corriente sin resistencia. El espacio en la ilustración marca la unión Josephson. Los pares de Cooper pueden comportarse como si fueran una sola partícula que llena todo el circuito eléctrico. La mecánica cuántica describe este estado colectivo utilizando una función de onda compartida. Las propiedades de esta función de onda desempeñan un papel fundamental en el experimento de los galardonados. ©Johan Jarnestad/Real Academia Sueca de Ciencias
Contexto del Premio Nobel
El galardón de Física fue el segundo Premio Nobel anunciado esta semana. En días previos, Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell y el Dr. Shimon Sakaguchi ganaron el Nobel de Medicina por sus descubrimientos sobre cómo el sistema inmunológico distingue entre gérmenes y células propias. El año anterior, los pioneros de la IA John Hopfield y Geoffrey Hinton ganaron el premio de física por sus contribuciones al aprendizaje automático.
El Premio Nobel de Física se ha otorgado 118 veces a 226 laureados desde 1901. Los anuncios continúan con Química, Literatura, y la Paz, seguidos por el de Economía. La solemne ceremonia de entrega de premios se celebra cada 10 de diciembre, coincidiendo con el aniversario de la muerte de Alfred Nobel, y conlleva un prestigio inestimable y una dotación económica de 11 millones de coronas suecas (casi 1.2 millones de dólares).
Agencias
