Artículo dedicado a D. Enrique López González, Académico de la Real Academia de Ciencias Económicas y Financieras.
En la Ciencia, como en el Arte, la revelación de una estructura oculta es el acto supremo de la creación. Santiago Ramón y Cajal, con su paciente microscopio, desveló la arquitectura secreta del pensamiento: la neurona. Un siglo después, otros exploradores, armados con herramientas de un frío inimaginable, se asomaron a otro abismo: la frontera entre el mundo que vemos y el universo cuántico que lo sustenta. Su descubrimiento, hoy laureado, no es menos profundo: nos mostraron que las extrañas leyes de lo invisible pueden manifestarse en un objeto que podemos sostener en la mano, revelando la estructura cuántica de nuestra realidad macroscópica.
Introducción: Un Nobel para la “Extrañeza” Cuántica a Gran Escala
El 7 de octubre de 2025, la Real Academia de las Ciencias de Suecia anunció la concesión del Premio Nobel de Física conjuntamente a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis. La cita oficial del premio, “por el descubrimiento del tunelamiento cuántico mecánico macroscópico y la cuantificación de energía en un circuito eléctrico”, reconoce una serie de experimentos que transformaron la mecánica cuántica de una teoría sobre lo invisible a una realidad tangible y manipulable.
El galardón celebra dos logros interconectados que resuenan con las preguntas más profundas de la física moderna: la primera demostración inequívoca de que un objeto a gran escala puede “atravesar” una barrera de energía —un fenómeno conocido como tunelamiento— y la confirmación de que sus estados de energía son discretos y escalonados (cuantificados), al igual que los de un átomo. La importancia fundamental de este trabajo reside en su respuesta a una pregunta que había perseguido a la física desde sus inicios: ¿dónde termina el extraño y probabilístico mundo cuántico y comienza el universo predecible y clásico que experimentamos? Los experimentos de los laureados demostraron que un sistema “lo suficientemente grande como para sostenerlo en la mano”, compuesto por miles de millones de partículas actuando en perfecta sincronía, podía exhibir los comportamientos cuánticos más emblemáticos, antes considerados dominio exclusivo de lo microscópico.
Para ilustrar la magnitud de este avance, es útil recurrir a la famosa paradoja del gato de Schrödinger. Erwin Schrödinger (Premio Nobel, 1933) ideó su experimento mental para mostrar lo absurdo que sería aplicar las reglas cuánticas, como la superposición, a un objeto macroscópico como un gato, que estaría simultáneamente vivo y muerto. Sin embargo, lo que Clarke, Devoret y Martinis lograron fue crear un análogo experimental de ese gato: un circuito eléctrico que existía verificablemente en una superposición de estados eléctricos distintos. Su éxito no fue solo un triunfo de la física fundamental, sino una proeza de la ingeniería cuántica. No se limitaron a encontrar un “gato” cuántico; construyeron una jaula experimental lo suficientemente silenciosa y aislada del mundo exterior como para poder oír su “maullido” cuántico, demostrando que el concepto no era absurdo, sino un desafío tecnológico extraordinario.
Los Pilares Conceptuales: Un Siglo de Ciencia Conduciendo a un Único Circuito
El Premio Nobel de 2025 no surgió de la nada; es la culminación de casi un siglo de avances teóricos y experimentales que, pieza por pieza, construyeron el camino hacia la observación de la cuántica a escala macroscópica. Es un testamento a la paciencia y la perseverancia de la investigación científica, donde las ideas de una generación se convierten en las herramientas de la siguiente.
El Fenómeno del Tunelamiento: A Través del Muro
El concepto de tunelamiento cuántico, una de las predicciones más contraintuitivas de la mecánica cuántica, surgió poco después de la formulación de la ecuación de Erwin Schrödinger. Describe cómo una partícula tiene una probabilidad finita de atravesar una barrera de energía incluso si, según la física clásica, no tiene la energía suficiente para superarla. La analogía popular lo compara con una pelota que, en lugar de rebotar contra una pared, aparece de repente al otro lado.
Lejos de ser una mera curiosidad teórica, el tunelamiento encontró su primera y rotunda confirmación en 1928 gracias al trabajo de George Gamow. Gamow aplicó esta extraña idea para resolver el enigma de la desintegración alfa, explicando cómo una partícula alfa podía escapar de un núcleo atómico “tunelando” a través de la barrera de potencial que, clásicamente, debería haberla confinado para siempre. Este fue uno de los primeros triunfos de la nueva teoría cuántica, demostrando que el tunelamiento no era una abstracción matemática, sino un proceso fundamental que gobierna el universo, desde la radioactividad en la Tierra hasta las reacciones de fusión que alimentan nuestro Sol.
El camino hacia la demostración experimental del tunelamiento ya había sido reconocido con el Premio Nobel de 1973, otorgado a Leo Esaki e Ivar Giaever por sus descubrimientos sobre el tunelamiento de electrones en semiconductores y superconductores, sentando las bases materiales para futuras exploraciones.
La Danza Superconductora y la Puerta Cuántica
La clave para llevar el tunelamiento a una escala mayor residía en la superconductividad, otro fenómeno cuántico macroscópico. Según la teoría BCS (Bardeen, Cooper y Schrieffer, Premio Nobel 1972), a temperaturas extremadamente bajas, los electrones en ciertos materiales superan su repulsión mutua y se agrupan en pares de Cooper. Estos pares se comportan como partículas compuestas (bosones) y pueden condensarse en un único y coherente estado cuántico. En lugar de un enjambre de partículas individuales, el sistema se convierte en una entidad unificada, una “danza sincronizada” descrita por una única función de onda que se extiende por todo el material.
El componente que permitió manipular y observar este estado colectivo fue la unión Josephson. Nombrada en honor a Brian Josephson (Premio Nobel 1973), consiste en dos superconductores separados por una fina barrera aislante. Josephson predijo teóricamente que los pares de Cooper podían “tunelar” a través de esta barrera sin encontrar resistencia, creando una supercorriente. Esta unión se convirtió en la “puerta cuántica” esencial, el dispositivo que permitiría a los científicos interactuar con el estado cuántico macroscópico del superconductor.
La Profecía de Leggett: La Caza de un Objeto Cuántico Macroscópico
Fue el físico teórico Anthony Leggett (Premio Nobel 2003) quien, a finales de la década de 1970, proporcionó el mapa teórico para la búsqueda. Leggett se preguntó si sería posible observar no solo el tunelamiento de pares de Cooper individuales, sino el tunelamiento de todo el estado macroscópico del sistema de un estado a otro. Identificó la unión Josephson polarizada con una corriente como el candidato ideal para observar lo que denominó Tunelamiento Cuántico Macroscópico (MQT).
La visión de Leggett fue tratar la diferencia de fase cuántica macroscópica entre los dos superconductores, denotada por la letra griega δ, como una única variable cuántica. En este modelo, el sistema se comporta como una partícula ficticia que se mueve en un paisaje de energía conocido como «potencial de tabla de lavar inclinada» (tilted washboard potential), cuya forma puede ser controlada por la corriente de polarización I. La ecuación de este potencial es U(δ) ∝ −. A corrientes por debajo de un valor crítico I₀, la «partícula» queda atrapada en un pozo de potencial, correspondiendo a un estado de voltaje cero. Clásicamente, permanecería allí para siempre. Cuánticamente, Leggett predijo que podría «tunelar» para salir del pozo, manifestándose como la aparición súbita de un voltaje. Su trabajo, junto con el de su estudiante Amir Caldeira, también fue crucial al predecir cómo la interacción con el entorno (disipación) suprimiría drásticamente la tasa de tunelamiento, explicando por qué el fenómeno sería tan exquisitamente difícil de observar y estableciendo el desafío experimental que los laureados de 2025 superarían.
AñoDescubrimiento/ TeoríaCientíficos Clave****Premio Nobel Asociado1926Ecuación de onda (base del tunelamiento)Erwin SchrödingerFísica 19331928Teoría del tunelamiento (desintegración alfa)George GamowNinguno1957Teoría BCS de la SuperconductividadJohn Bardeen, Leon Cooper, Robert SchriefferFísica 19721962Efecto Josephson (tunelamiento de supercorriente)Brian JosephsonFísica 19731978Teoría del Tunelamiento Cuántico Macroscópico (MQT)Anthony J. LeggettFísica 20031985Prueba experimental de MQT y cuantificación de energíaJohn Clarke, Michel Devoret, John MartinisFísica 2025
La Hazaña de Berkeley: Crónica de un Experimento Decisivo (1984-1985)
A principios de la década de 1980, varios grupos de investigación intentaron observar el MQT, pero sus resultados no fueron concluyentes. El problema era la ambigüedad: a temperaturas extremadamente bajas, era imposible distinguir el verdadero tunelamiento cuántico del “ruido” térmico o electromagnético parásito que podía empujar al sistema fuera de su estado estable. Fue en la Universidad de California, Berkeley, donde un equipo único combinó sus talentos para superar este obstáculo y realizar el experimento definitivo.
El Equipo y el Desafío
El éxito del experimento fue el resultado directo de una sinergia excepcional entre tres científicos. John Clarke, el profesor consolidado, era un experimentalista meticuloso y un experto mundial en dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUIDs), conocido por su precisión casi meditativa. Michel Devoret, un audaz postdoctorado teórico de Francia, aportó la profunda comprensión conceptual necesaria para conectar las ideas de Leggett con un diseño experimental viable. Y John Martinis, entonces un brillante estudiante de doctorado, fue el “ingeniero entre los físicos”, el constructor que ensambló, ajustó y perfeccionó el complejo aparato hasta que funcionó con la precisión requerida.
Su enemigo común era el ruido ambiental. Para que el tunelamiento cuántico dominara sobre la activación térmica clásica, el experimento debía realizarse a temperaturas de milikelvin, apenas por encima del cero absoluto. A este nivel, cualquier radiación electromagnética parásita, incluso el débil resplandor de cuerpo negro de partes más cálidas del aparato, podía calentar el sistema y enmascarar el efecto cuántico. Probar el MQT requería un aislamiento sin precedentes del mundo exterior.
Anatomía de un Avance Experimental
El equipo de Berkeley no solo construyó un experimento, sino que desarrolló una nueva metodología para la física cuántica macroscópica. Su montaje fue una obra maestra de la ingeniería de bajo ruido. Para proteger su unión Josephson del bombardeo de fotones de microondas parásitos, diseñaron una cadena de filtros de microondas de polvo de cobre altamente efectivos, que atenuaban el ruido en más de 200 dB en un amplio rango de frecuencias. Además, implementaron un meticuloso anclaje térmico en cada etapa del criostato para garantizar que ninguna parte del sistema irradiara calor no deseado hacia la muestra.
Sin embargo, su innovación más ingeniosa fue la técnica de activación resonante. En lugar de intentar eliminar por completo todas las microondas, introdujeron deliberadamente una señal de microondas débil y controlada. Al barrer la frecuencia de esta señal, podían observar cuándo era absorbida por el sistema. Esto ocurría cuando la frecuencia de las microondas coincidía con la “frecuencia de plasma” natural del sistema, es decir, la frecuencia a la que la “partícula” cuántica macroscópica oscilaba en el fondo de su pozo de potencial. Esta técnica les permitió medir in situ y en el régimen clásico todos los parámetros cruciales del sistema (su corriente crítica, capacitancia y resistencia) con gran precisión. Este fue el punto de inflexión metodológico: eliminaron los “parámetros de ajuste” que habían plagado los experimentos anteriores. Su experimento se autocalibraba, permitiendo una comparación cuantitativa directa y rigurosa con la teoría, un estándar de prueba mucho más elevado que convirtió sus resultados de sugerentes en definitivos.
La Prueba Innegable
Con su sistema perfectamente aislado y caracterizado, el equipo procedió a medir la “tasa de escape” de la unión de su estado de voltaje cero. A medida que bajaban la temperatura, la tasa de escape disminuía, como se esperaba para un proceso de activación térmica. Pero, al alcanzar una “temperatura de cruce” crítica, la tasa de escape se estabilizó, volviéndose completamente independiente de la temperatura. Este era el comportamiento predicho para el MQT, ya que el tunelamiento cuántico no depende de la energía térmica. Para confirmar que no se trataba de un artefacto, realizaron un experimento de control crucial: suprimieron magnéticamente la corriente crítica de la unión, haciéndola comportarse de forma “clásica”, y demostraron que en ese caso la tasa de escape seguía dependiendo de la temperatura, confirmando que su termometría era correcta y que el sistema estaba realmente en el régimen cuántico.
El momento culminante llegó con su experimento de 1985, publicado en Physical Review Letters. Irradiaron la unión con microondas de una frecuencia fija (por ejemplo, 2 GHz) mientras variaban la corriente de polarización, lo que afinaba la forma del pozo de potencial y, por tanto, el espaciamiento entre los niveles de energía. Observaron picos agudos en la tasa de escape precisamente en los valores de corriente donde la energía de los fotones de microondas coincidía con la diferencia de energía entre los niveles discretos del sistema (del estado fundamental |0⟩ al primer estado excitado |1⟩, de |1⟩ a |2⟩, etc.). Esta fue la prueba irrefutable: la espectroscopia de microondas reveló que la energía de esta variable macroscópica estaba cuantificada. El circuito no era solo un objeto cuántico; se comportaba, en todos los aspectos medibles, como un átomo gigante y artificial.
El Legado: De los Átomos Artificiales a la Revolución Cuántica
Los experimentos de 1985 no solo confirmaron una predicción teórica, sino que abrieron un campo completamente nuevo. Demostraron que los circuitos superconductores podían ser diseñados y controlados con una precisión tal que se comportaban como sistemas cuánticos coherentes, sentando las bases para la tecnología cuántica moderna.
Un Nuevo Paradigma: El “Átomo Artificial con Cables”
El descubrimiento transformó la percepción de los circuitos superconductores. Dejaron de ser meros componentes eléctricos exóticos para convertirse en átomos artificiales programables. A diferencia de los átomos naturales, cuyas propiedades están fijadas por la naturaleza, estos “átomos con cables” podían ser diseñados a medida en un chip. Este cambio de paradigma dio origen a la electrodinámica cuántica de circuitos (cQED), un campo que explora la interacción fundamental entre estos átomos artificiales y fotones de microondas confinados en resonadores en el mismo chip. La cQED ha permitido estudiar la física cuántica de la interacción luz-materia en regímenes de acoplamiento fuerte que son inaccesibles con átomos reales.
El Nacimiento del Qubit Superconductor
La demostración de niveles de energía cuantificados y controlables (|0⟩ y |1⟩) fue el requisito previo esencial para la creación de un bit cuántico, o qubit. El trabajo de los laureados trazó un camino directo hacia el desarrollo de los qubits superconductores. El qubit de fase, desarrollado años más tarde por un equipo que incluía a Martinis, utilizaba precisamente los mismos niveles de energía en el potencial de tabla de lavar que ellos habían medido por primera vez.
Este linaje tecnológico conduce directamente al qubit Transmon, el diseño que hoy domina el campo y es la unidad fundamental de los procesadores cuánticos de empresas como Google e IBM. El Transmon es una versión optimizada del qubit de carga, pero se basa en el mismo principio fundamental: utilizar la no linealidad de una unión Josephson para crear un oscilador anarmónico (un átomo artificial) con niveles de energía bien definidos, mientras que una gran capacitancia en paralelo lo hace insensible al ruido de carga que afectaba a los diseños anteriores.
El Círculo se Cierra: Martinis y la Supremacía Cuántica
La historia del impacto de este descubrimiento encuentra su culminación en la carrera de uno de sus protagonistas. Décadas después de su trabajo de doctorado en Berkeley, John Martinis pasó a liderar el laboratorio de hardware de Google Quantum AI. En 2019, su equipo utilizó un procesador llamado “Sycamore”, compuesto por 53 qubits Transmon, para realizar una tarea computacional específica en 200 segundos. Según sus estimaciones, a la supercomputadora clásica más potente del mundo le habría llevado aproximadamente 10,000 años completar la misma tarea.
Este hito, conocido como “supremacía cuántica”, fue un momento histórico que demostró por primera vez que las computadoras cuánticas podían superar a las clásicas en un problema concreto. Este logro se consiguió utilizando los descendientes tecnológicos directos del único “átomo artificial” que Martinis ayudó a crear y caracterizar en 1985. Su trayectoria personal encarna de forma única todo el ciclo de la innovación, desde un descubrimiento de ciencia pura hasta una tecnología que promete cambiar el mundo.
El impacto de su trabajo fundamental se extiende más allá de la computación, habiendo posibilitado el desarrollo de amplificadores cuánticos de ruido ultrabajo, sistemas cuánticos híbridos que acoplan circuitos a resonadores mecánicos, y pruebas fundamentales de la mecánica cuántica, como una violación sin fisuras de la desigualdad de Bell realizada en 2023 con circuitos superconductores.
Conclusión: La Relevancia Duradera de un Descubrimiento Fundacional
El Premio Nobel de Física de 2025 no premia simplemente la confirmación de una extraña predicción cuántica. Honra los experimentos fundacionales que dieron a la humanidad la confianza y las herramientas para empezar a diseñar y construir el mundo cuántico a voluntad. Clarke, Devoret y Martinis no se limitaron a observar un fenómeno cuántico a gran escala; demostraron que podía ser controlado, sondeado y, en última instancia, aprovechado.
Su trabajo ilustra a la perfección cómo la búsqueda del conocimiento fundamental es el motor último de la innovación futura. La investigación de una pregunta profunda, casi filosófica —¿cuál es la naturaleza de la realidad en la frontera entre lo cuántico y lo clásico?— condujo directamente a la creación de los átomos artificiales que hoy son los ladrillos de una nueva revolución tecnológica. La respuesta a la pregunta “¿qué le ocurre al gato de Schrödinger?” resultó ser: “lo usas para construir una computadora cuántica”.
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