- La Academia reconoce a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por demostrar el efecto túnel cuántico macroscópico y la energía cuantizada en circuitos superconductores.
- Los experimentos de 1984-85 con uniones Josephson mostraron la fuga por túnel desde el estado de voltaje cero y niveles de energía discretos en un chip del tamaño de la mano.
- El hallazgo impulsó qubits superconductores, sensores SQUID y avances en computación cuántica; expertos como Ignacio Cirac y Alba Cervera subrayan su impacto.
- Diseño experimental exquisito: filtrado extremo de microondas, control criogénico y espectroscopía por microondas; resultados plasmados en PRL (1984-85) y Science (1988).
La Real Academia Sueca de Ciencias ha distinguido a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por demostrar que los fenómenos cuánticos pueden observarse en sistemas “grandes”, revelando el efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico superconductor.
Con una serie de experimentos realizados entre 1984 y 1985, el equipo logró que un circuito con uniones Josephson exhibiera un salto por túnel desde el estado de voltaje nulo y mostrara niveles energéticos discretos en un chip que cabe en la mano; el premio incluye 11 millones de coronas suecas a repartir.
El anuncio y la motivación del galardón
El comité reconoce experimentos que enlazan lo cuántico con lo macroscópico: un sistema colectivo se comporta como una “partícula efectiva” capaz de atravesar una barrera de energía y, además, de absorber o emitir paquetes discretos de energía, tal y como predice la teoría.
En la práctica, el circuito superconductor permanece en un estado metaestable de voltaje cero hasta que “escapa” por efecto túnel; ese salto se detecta como la aparición de un voltaje. La observación simultánea de tunelización macroscópica y niveles cuantizados en un único dispositivo constituye la prueba de su naturaleza cuántica colectiva.
La Academia subraya que estos resultados han abierto una vía tangible hacia nuevas tecnologías cuánticas —desde computación hasta sensórica— al confirmar que la física cuántica puede manifestarse a escala de chip cuando se controlan estrictamente el entorno y el ruido.
Voces de la comunidad científica destacan el alcance del avance: se valora que los autores consolidaron una “frontera difusa” entre lo clásico y lo cuántico demostrable en laboratorio, con repercusión directa en plataformas de hardware cuántico.
Dentro del laboratorio: así se demostró a escala macro
El trío construyó un circuito con dos superconductores separados por un aislante (una unión Josephson) y lo polarizó con corriente; en ese régimen, la variable colectiva relevante es la diferencia de fase a través de la unión, que actúa como coordenada de una “partícula” en un potencial similar a un lavadero inclinado.
Cuando la corriente es inferior a la crítica, el sistema queda atrapado en un pozo (sin voltaje). A bajas temperaturas y con ruido suprimido, esa “partícula efectiva” puede atravesar la barrera por efecto túnel y pasar a un estado con voltaje finito: justo esa transición se registró como firma inequívoca del fenómeno macroscópico.
Para confirmar la energía cuantizada, los autores emplearon microondas para excitar transiciones entre niveles discretos en el pozo; la posición y anchura de las resonancias proporcionaron parámetros del circuito y evidencias de la naturaleza cuántica de los estados.
El éxito experimental descansó en tres pilares: un filtrado de microondas extremo (>200 dB) para eliminar ruido, un control criogénico minucioso que evitó contaminación térmica y un acoplo débil para espectroscopía precisa; los resultados clave se publicaron en PRL (1984 y 1985) y se consolidaron en Science (1988).
De los fundamentos a las aplicaciones cuánticas
Esta demostración sentó las bases de los qubits superconductores, donde los circuitos actúan como “átomos artificiales” con niveles discretos controlables. La línea evolutiva abarca desde la caja de un par de Cooper (1999) hasta el transmon (2007), hoy pieza central en muchos procesadores cuánticos.
Además, los principios y técnicas asociados han impulsado sensores de interferencia cuántica superconductora (SQUID), herramientas de alta sensibilidad aplicadas en campos que van de la medicina a la geofísica, y avances en metrología cuántica.
En cuanto a hitos recientes, el equipo de Martinis participó en 2019 en una demostración emblemática: un procesador superconductor resolvió una tarea de cómputo en segundos que requeriría un tiempo astronómico en supercomputadores clásicos, mostrando el potencial de esta plataforma.
Referentes del área valoran el premio: expertos como Ignacio Cirac y Alba Cervera destacan que estos experimentos fueron cruciales para el desarrollo de la tecnología de qubits; desde la propia Academia se subraya que la cuántica, lejos de ser solo contraintuitiva, es ya infraestructura de innovación.
Antecedentes y lecturas clave
El trabajo premiado se apoya en una cadena de ideas: la teoría BCS de la superconductividad explica los pares de Cooper; Brian Josephson predijo en 1962 el paso tunelado de esos pares en uniones superconductoras; y Anthony Leggett conceptualizó la tunelización de variables macroscópicas en estos sistemas. A su vez, el papel seminal del túnel en física nuclear fue descrito por George Gamow en 1928.
Para profundizar, aquí están las publicaciones clave citadas por la Academia, con las que se documentan activación resonante, niveles energéticos y tunelización macroscópica en uniones Josephson:
- M. H. Devoret, J. M. Martinis, D. Esteve, J. Clarke, «Resonant Activation from the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction», Physical Review Letters 53: 1260-1263 (1984). DOI: 10.1103/PhysRevLett.53.1260
- J. M. Martinis, M. H. Devoret, J. Clarke, «Energy-Level Quantization in the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction», Physical Review Letters 55: 1543-1546 (1985). DOI: 10.1103/PhysRevLett.55.1543
- M. H. Devoret, J. M. Martinis, J. Clarke, «Measurement of Macroscopic Quantum Tunneling out of a Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction», Physical Review Letters 55: 1908-1911 (1985). DOI: 10.1103/PhysRevLett.55.1908
- J. Clarke, A. N. Cleland, M. H. Devoret, D. Esteve, J. M. Martinis, «Quantum Mechanics of a Macroscopic Variable: The Phase Difference of a Josephson Junction», Science 239: 992-997 (1988). DOI: 10.1126/science.239.4843.99
- Tesis: J. M. Martinis, «Macroscopic quantum tunneling and energy-level quantization in the zero voltage state of the current-biased Josephson junction» (Universidad de California, Berkeley, 1985).
Este Nobel consagra una demostración que pasó de ser una intuición teórica a un experimento reproducible: una variable colectiva de un circuito se comporta como un grado de libertad cuántico con saltos por túnel y niveles discretos, cimentando tanto el conocimiento básico como la ingeniería de los qubits superconductores.