- Clarke, Devoret y Martinis son distinguidos por demostrar efecto túnel macroscópico y cuantización de energía en un circuito superconductor.
- Los experimentos de 1984-1985 en Berkeley revelaron que una variable colectiva del circuito se comporta como una partícula cuántica.
- Validaron la física cuántica en sistemas del tamaño de un chip, con microondas, bajas temperaturas y filtrado extremo de ruido.
- El hallazgo impulsó los qubits superconductores, la metrología avanzada y nuevos sensores cuánticos.
La Real Academia Sueca de Ciencias ha concedido el galardón a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por confirmar, con un circuito del tamaño de la mano, que la mecánica cuántica no es patrimonio exclusivo del mundo microscópico. Su trabajo demostró el efecto túnel macroscópico y la cuantización de la energía en una unión Josephson sometida a corriente.
El premio reconoce experimentos que unen dos dominios: el cuántico y el clásico. Según el comité, estos resultados abren vías para tecnologías cuánticas de nueva generación, desde computación y criptografía hasta sensores y metrología de alta precisión, todo ello cimentado en dispositivos superconductores.
Cómo se probó en el laboratorio
Entre 1984 y 1985, en la Universidad de California en Berkeley, el equipo construyó un circuito con dos superconductores separados por un aislante, es decir, una unión Josephson. En ese entorno, las cargas eléctricas se mueven de forma colectiva y el sistema se puede describir mediante una variable macroscópica (la diferencia de fase) que actúa como si fuera una partícula única en un potencial tipo lavadero inclinado.
En el régimen de voltaje cero, la fase queda atrapada en un mínimo de energía; sin embargo, el sistema escapa por túnel a otro estado cuando la barrera no se supera clásicamente pero sí cuánticamente. El paso se detecta por la aparición de un voltaje medible, evidenciando así un salto cuántico colectivo en un objeto del tamaño de un chip.
Los investigadores mostraron además que la energía del sistema no es continua, sino discreta. Mediante espectroscopía de microondas, observaron transiciones entre niveles cuantizados, una prueba directa de la naturaleza cuántica del circuito completo.
El éxito experimental descansó en una ingeniería refinada: temperaturas criogénicas, líneas de control de microondas débilmente acopladas y un filtrado de ruido extremo que llegó a atenuaciones de unos 200 dB en un amplio rango de frecuencias. Con todos los parámetros del modelo bien caracterizados, teoría y medida encajaron con precisión.
Por qué importa: del chip a la tecnología cuántica
Validar que un circuito completo se comporta como un átomo artificial permitió codificar información en sus niveles, sentando la base para los qubits superconductores. Esta plataforma ha evolucionado hacia diseños robustos como el transmón y sustenta varios de los procesadores cuánticos más avanzados del momento.
Expertos consultados subrayan el alcance de este paso. Para Ignacio Cirac, los experimentos fueron determinantes para las tecnologías superconductoras actuales; voces como la de Alba Cervera Lierta señalan la continuidad con la revolución de la información cuántica y remarcan que muchos ordenadores cuánticos emplean cúbits basados en estos principios.
Más allá de la computación, la confirmación de una variable colectiva cuántica ha favorecido sensores hipersensibles, como los SQUID, y avances en metrología. También ha impulsado la simulación cuántica de sistemas complejos y el desarrollo de técnicas de lectura y control coherentes en chips.
Como recordatorio de su impacto, trabajos posteriores de equipos internacionales mostraron hitos de rendimiento en circuitos superconductores, evidenciando que el puente entre la teoría y la práctica cuánticas puede cruzarse con ingeniería experimental precisa.
Precedentes y qué hay de nuevo
El tunelado en semiconductores y superconductores fue explorado décadas antes, con contribuciones como las de Esaki, Giaever y Josephson. La novedad clave ahora reside en demostrar que una variable macroscópica del circuito, y no un electrón individual, puede atravesar una barrera energética como predice la mecánica cuántica.
La idea de que la fase de la función de onda en una unión Josephson se comporte como coordenada de una partícula en un potencial de lavadero se remonta a propuestas teóricas que animaron a buscar este fenómeno a gran escala. La evidencia experimental obtenida por Clarke, Devoret y Martinis lo convirtió en realidad medible en un chip.
Este avance reformuló el límite entre micro y macro en física: bajo condiciones de aislamiento y temperatura adecuadas, un conjunto de miles de millones de pares de Cooper puede regirse por reglas cuánticas de forma coherente, con consecuencias tanto conceptuales como prácticas.
En términos pedagógicos, la demostración enlaza la física de uniones Josephson con la de los sistemas cuánticos discretos, ofreciendo un banco de pruebas para explorar decoherencia, control de estados y dinámica de escape por túnel en un escenario colectivamente cuántico.
Quiénes son y qué publicaron
John Clarke (Universidad de California, Berkeley), Michel H. Devoret (Universidad de Yale; anteriormente en California) y John M. Martinis (Universidad de California, Santa Bárbara) lideraron y ejecutaron esta serie de ensayos pioneros a mediados de los 80. Sus artículos en Physical Review Letters y un trabajo posterior en Science consolidaron la evidencia de MQT y de la cuantización de niveles en la unión.
Tras el anuncio del premio, los organizadores destacaron que ninguna tecnología moderna se entiende sin la mecánica cuántica, y varios investigadores subrayaron que estos resultados han sido piedra angular para cúbits superconductores, sensores de precisión y herramientas de caracterización a microondas.
La distinción, acompañada de la dotación económica de la Fundación Nobel, pone el foco en la física experimental que hace dialogar modelos teóricos y dispositivos reales, y que convierte hipótesis cuánticas en señales eléctricas que pueden medirse con rigor.
Este reconocimiento sitúa a la física de circuitos superconductores como un campo capaz de responder grandes preguntas sobre la coherencia cuántica a gran escala y, a la vez, de proporcionar soluciones concretas para la ingeniería de chips cuánticos.
El trabajo premiado vino a mostrar que la frontera entre lo clásico y lo cuántico se puede desplazar con la combinación adecuada de teoría y diseño experimental, y que un circuito del tamaño de un centímetro puede comportarse como un sistema cuántico discreto listo para ser manipulado y aplicado.