- Clarke, Devoret y Martinis son reconocidos por demostrar túnel cuántico macroscópico y energía cuantizada en un circuito.
- Sus experimentos de 1984-85 con uniones de Josephson conectan el mundo cuántico con el macroscópico.
- El hallazgo sienta las bases de qubits, computación cuántica, criptografía y sensores avanzados.
- Afiliaciones destacadas: UC Berkeley y UC Santa Barbara; impacto creciente en la tecnología real.
La Real Academia Sueca de Ciencias concede el reconocimiento a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por un logro que cambia el marco de referencia: demostrar efecto túnel cuántico a escala macroscópica y energía cuantizada dentro de un circuito eléctrico. Un veredicto que refuerza la idea de que, con la tecnología adecuada, la física de lo pequeño se puede observar en objetos visibles.
El núcleo del trabajo se remonta a mediados de los ochenta: con un circuito superconductor interrumpido por una unión de Josephson, los premiados constataron que un dispositivo del tamaño de un centímetro podía comportarse como un «objeto cuántico» bien definido. Aquellos resultados abrieron una puerta nítida hacia las tecnologías cuánticas que hoy marcan la agenda de la computación y la metrología avanzada.
Qué han demostrado y por qué importa
En física clásica, una pelota no atraviesa un muro; en el dominio cuántico, una partícula puede hacerlo. Esa posibilidad se llama efecto túnel, y los galardonados mostraron que también puede manifestarse en un sistema hecho por el ser humano, suficientemente grande para sostenerlo con la mano.
El circuito pasaba de un estado sin voltaje a otro con voltaje sin recibir la energía necesaria para «escalar» la barrera: en la jerga, atravesó la barrera por túnel. Esta transición, aleatoria y mensurable, es la firma inequívoca de un comportamiento cuántico en un objeto macroscópico.
Además, la energía del sistema no adoptaba cualquier valor, sino niveles discretos, igual que en átomos o moléculas. Esa cuantización en un circuito visible zanja una de las grandes preguntas: dónde se difumina la frontera entre lo cuántico y lo clásico.
Así se hizo en los años ochenta
Para unir ambos mundos, los investigadores fabricaron un pequeño circuito de materiales superconductores, que a temperaturas muy bajas conducen sin resistencia. Entre dos regiones superconductoras insertaron una capa ultrafina aislante: la conocida unión de Josephson.
Con el circuito polarizado por corriente, el estado estable es el «cero voltaje». Sin embargo, al medir con precisión, observaron cambios espontáneos al estado de voltaje finito con la aleatoriedad propia de un sistema cuántico, señal de que la barrera de energía se superaba por túnel.
La clave física es colectiva: los electrones, en un superconductor, se emparejan en pares de Cooper y todos ellos pueden actuar al unísono como una única partícula extendida por el circuito. Ese grado de coherencia permite que el sistema entero muestre propiedades cuánticas a una escala visible.
Los resultados quedaron recogidos en dos artículos de referencia de 1984 y 1985, donde se describen tanto la activación resonante desde el estado de cero voltaje como la cuantización de niveles energéticos en una unión de Josephson sometida a corriente.
De ese chip a la tecnología cuántica
Demostrar que un circuito puede comportarse como un objeto cuántico controlable cimentó el desarrollo de los qubits, la unidad básica de información cuántica. A diferencia del bit clásico, un qubit puede estar en 0 y 1 a la vez gracias a la superposición.
John M. Martinis participó décadas después en hitos como el anuncio de «supremacía cuántica» de 2019, donde un procesador cuántico resolvió en minutos una tarea inabordable para equipos clásicos. Aunque el campo sigue afrontando errores y corrección activa, la trayectoria es clara.
Las aplicaciones no se quedan en la computación. El salto de escala respalda avances en criptografía cuántica, comunicaciones seguras y sensores hipersensibles capaces de medir campos, tiempo o gravedad con una precisión fuera del alcance clásico.
El Comité subraya que la mecánica cuántica es el cimiento de la electrónica moderna y que estos experimentos abren vías a una nueva generación de dispositivos superconductores y arquitecturas cuánticas.
Protagonistas y reacciones
John Clarke está vinculado a la Universidad de California en Berkeley, mientras que Michel H. Devoret y John M. Martinis han desarrollado parte de su carrera en la Universidad de California en Santa Bárbara. Tres trayectorias que convergen en un mismo hito experimental.
Clarke ha reconocido su sorpresa por la concesión del galardón y ha destacado que aquellos experimentos de hace cuatro décadas hoy son piedra angular de la tecnología cuántica. La comunidad internacional coincide en su relevancia.
El físico español Juan Ignacio Cirac ha calificado el premio de muy merecido y ha subrayado que estos resultados fueron cruciales para los avances en dispositivos superconductores, especialmente en el campo de los ordenadores cuánticos.
Referencias clave
La base experimental de este Nobel se apoyó en dos estudios seminales publicados en Physical Review Letters, donde quedaron detalladas la activación resonante desde el estado de cero voltaje y la cuantización de niveles en un circuito con unión de Josephson.
- Devoret, M. H.; Martinis, J. M.; Esteve, D.; Clarke, J. «Resonant Activation from the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction». PRL 53 (1984): 1260–1263. DOI: 10.1103/PhysRevLett.53.1260
- Martinis, J. M.; Devoret, M. H.; Clarke, J. «Energy-Level Quantization in the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction». PRL 55 (1985): 1543–1546. DOI: 10.1103/PhysRevLett.55.1543
Lo que estos resultados enseñaron al mundo es que un circuito tangible puede exhibir propiedades cuánticas inequívocas, zanjando un debate clásico y apuntalando las bases de una tecnología que aspira a resolver problemas inabordables hoy, reforzar la seguridad de las comunicaciones y perfeccionar la medición con sensores de nueva generación.