Premio Nobel de Física 2025: Mecánica Cuántica de lo Micro a lo Macro

Exactamente 100 años después del descubrimiento de la mecánica cuántica, el Premio Nobel de Física 2025 honró a tres científicos estadounidenses que demostraron que pueden ocurrir efectos cuánticos extraños a gran escala, abriendo una nueva era para la tecnología cuántica.

Los científicos John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis fueron anunciados como los ganadores del Premio Nobel de Física de este año por la Real Academia Sueca de Ciencias, en una conferencia de prensa en Estocolmo, Suecia, el 7 de octubre - Foto: REUTERS

En 1925, los físicos Heisenberg, Schrödinger y Dirac descubrieron la mecánica cuántica, un extraño descubrimiento que cambiaría el mundo .

Exactamente 100 años después, el Premio Nobel de Física 2025 fue otorgado a tres físicos estadounidenses que llevaron el efecto túnel cuántico, un extraño efecto cuántico microscópico, al mundo macroscópico, abriendo muchas aplicaciones innovadoras.

Es fantástico celebrar cómo la mecánica cuántica, con siglos de antigüedad, sigue ofreciendo nuevas sorpresas. Además, es increíblemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital .

Olle Eriksson (presidente del Comité Nobel de Física, hablando)

Descubrimiento revolucionario del efecto túnel

Tres físicos estadounidenses, John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis, fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 2025 por "el descubrimiento de los efectos de túnel cuántico macroscópico y la cuantificación de la energía en circuitos eléctricos", según el anuncio del Comité Nobel.

El premio de este año honra una serie de experimentos que llevaron a cabo en 1984 y 1985 sobre circuitos superconductores, demostrando que el "efecto túnel" -el fenómeno de partículas que pasan a través de barreras que sólo puede ocurrir en la mecánica cuántica- puede ocurrir en escalas mucho mayores de lo que se creía anteriormente.

El profesor John Clarke, que recibió su doctorado en la Universidad de Cambridge en 1968, ha sido profesor de Física en la Universidad de California, Berkeley desde 1969. Actualmente es profesor emérito en la Escuela de Graduados de la universidad.

Michel H. Devoret, nacido en París y doctorado allí, es profesor emérito de física aplicada en el Instituto Cuántico de Yale de la Universidad de Yale.

John M. Martinis tiene un doctorado de la Universidad de California, Berkeley. Tras impartir docencia en la universidad, trabajó recientemente con el grupo de IA cuántica de Google.

A mediados de la década de 1980, el Sr. Devoret se unió al grupo de investigación del Sr. Clarke como investigador postdoctoral, junto con su estudiante de doctorado, Martinis. Juntos, asumieron el reto de demostrar el efecto túnel cuántico a nivel macroscópico.

En sus experimentos, los tres científicos construyeron circuitos a partir de superconductores capaces de conducir corriente eléctrica sin resistencia. Al ajustar y medir las propiedades del circuito, pudieron controlar los fenómenos que ocurrían. Las partículas cargadas que se movían a través del superconductor formaban un sistema que se comportaba como si fueran una sola partícula que llenaba todo el circuito.

Este sistema de partículas se encuentra inicialmente en un estado en el que la corriente fluye sin voltaje, como si estuviera bloqueado por una barrera infranqueable.

En el experimento, el sistema demostró propiedades cuánticas al escapar de este estado mediante el efecto túnel cuántico. Los tres científicos también demostraron que el sistema estaba cuantizado, es decir, que solo absorbía o emitía cantidades específicas de energía.

Ilustración del efecto túnel de la mecánica cuántica: Si se lanza una pelota contra una pared, rebota. Pero si se lanza una partícula microscópica, la atraviesa. Este efecto suele disminuir para un grupo grande de partículas, razón por la cual nunca vemos a alguien atravesar una pared en la vida cotidiana. Foto: JOHAN JARNESTAD/Academia Sueca de Ciencias.

Allanando el camino para la tecnología cuántica

El experimento tiene importantes consecuencias para la comprensión de la mecánica cuántica. Anteriormente, los efectos macroscópicos de la mecánica cuántica implicaban la combinación de numerosas partículas microscópicas para producir fenómenos como láseres, superconductores y superfluidos. Sin embargo, los experimentos de los tres físicos ganadores del Premio Nobel de este año produjeron un efecto macroscópico directo.

Este tipo de estado cuántico macroscópico abre un nuevo potencial para experimentos que explotan fenómenos que rigen el mundo microscópico. Puede considerarse como una especie de átomo artificial a gran escala, utilizado para simular y facilitar el estudio de otros sistemas cuánticos.

Una aplicación importante fue la computadora cuántica que Martinis implementó posteriormente. Utilizó exactamente la cuantificación de energía que él y sus dos compañeros ganadores del Nobel habían demostrado, empleando circuitos con estados cuantificados como bits cuánticos o cúbits, siendo el estado de energía más bajo 0 y el más alto 1.

Los circuitos superconductores son una de las técnicas que se están explorando en el esfuerzo por construir computadoras cuánticas. Martinis dirigió el grupo de investigación de computación cuántica de Google entre 2014 y 2020.

El Sr. Clarke afirmó que su investigación había contribuido a allanar el camino para avances tecnológicos, como el nacimiento de los teléfonos móviles. El Comité Nobel también afirmó: «Hoy en día no existe tecnología avanzada que no se base en la mecánica cuántica, incluyendo teléfonos móviles, cámaras... y cables de fibra óptica».

Cuando la física y la química se encuentran en el «túnel» cuántico

El Premio Nobel de Física 2025 se otorgó hace 40 años a tres científicos por sus descubrimientos en mecánica cuántica. Este resultado no sorprende, ya que la UNESCO ha declarado 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas.

El Comité Nobel afirmó: «La mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital… Sus experimentos sentaron las bases para nuevos avances tecnológicos basados ​​en principios cuánticos».

Estos tres físicos descubrieron el efecto túnel y determinaron los saltos de energía en los circuitos eléctricos. El efecto túnel pronto se convirtió en un concepto central para explicar muchas reacciones químicas.

Se puede imaginar simplemente como cuando se pasa por el Paso Hai Van: los reactivos a menudo tienen que "escalar el paso" con mucha energía, pero a veces "atraviesan el túnel", superando la barrera energética más rápido para crear una reacción.

El efecto túnel se enseña en los libros de texto de cinética química a nivel universitario y se modela mediante métodos cuánticos al calcular las constantes de velocidad de reacción. La física y la química, una vez más, se complementan a la perfección.

Prof. Nguyen Minh Tho - Profesor honorario de la Universidad KU Leuven, Bélgica

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Dr. Nguyen Trung Dan

Fuente: https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm