- La Academia Sueca distingue a Clarke, Devoret y Martinis por demostrar tunelización cuántica macroscópica y cuantización de energía en un circuito.
- Sus experimentos de 1984-85 revelaron efectos cuánticos en un chip con uniones Josephson y pares de Cooper.
- El hallazgo sienta las bases de los qubits superconductores y acelera avances en computación, criptografía y sensores cuánticos.
- El circuito escapa del estado de voltaje cero por efecto túnel y muestra transiciones energéticas discretas bajo microondas.
La Real Academia Sueca de Ciencias ha reconocido a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por demostrar que la mecánica cuántica no se queda solo en el micromundo. Su trabajo probó el efecto túnel a escala macroscópica y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico que cabe en la mano.
Con estos experimentos se abrió una vía directa hacia nuevas tecnologías cuánticas, desde qubits superconductores hasta sensores de altísima precisión y comunicaciones avanzadas. El jurado subraya que los resultados vinculan la física fundamental con aplicaciones que ya están cambiando la informática y la metrología.
Cómo demostraron el efecto túnel a escala macroscópica
En 1984 y 1985, el equipo realizó en Berkeley una serie de pruebas con uniones Josephson, es decir, dos superconductores separados por una barrera aislante. En estos materiales, las cargas eléctricas se agrupan en pares de Cooper que pueden moverse sin resistencia a temperaturas ultrabajas.
El circuito quedaba atrapado en un régimen en el que la corriente fluía con voltaje cero. Aun así, el sistema podía escapar a otro estado con voltaje no nulo sin disponer de energía suficiente para franquear la barrera clásica: lo hacía mediante tunelización cuántica, y la transición se detectaba por la aparición del voltaje.
La clave fue medir con exquisito control el comportamiento del chip —de aprox. un centímetro— e irradiarlo con microondas débiles. Así observaron que el sistema solo absorbía o emitía cantidades discretas de energía, en línea con la predicción cuántica de niveles energéticos cuantizados.
El sesgo de corriente por debajo de la crítica modelaba un potencial tipo “washboard inclinado”, creando mínimos metaestables donde el estado podía quedar retenido. La activación resonante con microondas permitió rastrear transiciones entre niveles y espectroscopía del sistema macroscópico.
Estos resultados se ajustaron de forma notable a la teoría y probaron que un grado de libertad colectivo —la diferencia de fase en la unión— se comporta como una “partícula efectiva” con niveles cuantizados en un dispositivo manipulable a escala humana.
Por qué importa para la computación cuántica
El salto cualitativo fue demostrar que fenómenos típicamente atómicos pueden controlarse en circuitos. De ahí nacen los qubits superconductores, base de muchos procesadores cuánticos actuales y pilar de plataformas como la electrodinámica cuántica de circuitos (cQED).
La evolución de estos dispositivos ha llevado a diseños robustos como el transmón, con mejor tolerancia al ruido. Equipos liderados por Martinis han mostrado que procesadores superconductores pueden resolver tareas específicas en tiempos inalcanzables para supercomputadores clásicos, impulsando el campo.
Expertos de referencia en Europa han destacado que las pruebas de Clarke, Devoret y Martinis consolidaron la idea de que los circuitos superconductores son una plataforma escalable para información cuántica. También han señalado su valor para sensores extremos y metrología de precisión.
Más allá del laboratorio, el dominio de estos efectos respalda desarrollos en criptografía cuántica y en instrumentación capaz de detectar señales diminutas, lo que abre puertas en áreas como la medicina, la navegación o la exploración de materiales.
Quiénes son Clarke, Devoret y Martinis
John Clarke (Universidad de California, Berkeley) es una figura clave en dispositivos de interferencia cuántica superconductora (SQUID), magnetometría y aplicaciones que van desde la neuroimagen a la detección de señales cosmológicas débiles.
Michel H. Devoret (Universidad de Yale) ha impulsado la física de circuitos superconductores y la cQED, con contribuciones decisivas a arquitecturas de qubits y al control coherente en chips.
John M. Martinis (Universidad de California, Santa Bárbara) ha liderado hitos en procesadores superconductores y proyectos industriales que demostraron ventajas de cómputo cuántico en tareas de referencia.
El premio conlleva una dotación de 11 millones de coronas suecas, a repartir entre los tres, y reconoce un trabajo experimental que conectó conceptos teóricos con hardware viable a baja temperatura.
Antecedentes y encaje en la historia de la física cuántica
La tunelización se comprende desde hace casi un siglo y explica procesos como la desintegración alfa. En superconductividad, la teoría BCS fundamenta la existencia de los pares de Cooper, y las uniones de Josephson predijeron fenómenos medibles en circuitos reales.
Lo novedoso del trabajo premiado fue llevar ese marco al terreno macroscópico con control experimental fino: observar la salida por túnel de un estado de voltaje cero y evidenciar niveles discretos en un sistema colectivo formado por miles de millones de electrones emparejados.
Referentes como Anthony J. Leggett han señalado que estos dispositivos funcionan como “átomos artificiales”, útiles para explorar la frontera entre lo clásico y lo cuántico y para poner a prueba predicciones con espectroscopía de microondas.
Con este encaje histórico, el galardón subraya que los principios cuánticos no solo describen el microcosmos: también permiten diseñar y operar tecnología tangible con impacto transversal en ciencia e industria.
El reconocimiento sitúa en primer plano unos experimentos que conectaron teoría y práctica: un chip superconductor, una barrera que parece infranqueable y un sistema que la atraviesa por túnel para mostrar, con voltajes y transiciones discretas, que la cuántica también se mide con la mano.