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 descubrimiento notable que tuvo un impacto que cambió 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 maravilloso celebrar cómo la mecánica cuántica ha existido durante siglos, ofreciendo continuamente nuevas sorpresas. También es increíblemente útil, porque la mecánica cuántica es la base de todas las tecnologías digitales .

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

Un descubrimiento innovador sobre el efecto túnel.

Tres físicos estadounidenses, John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis, han sido galardonados con el Premio Nobel de Física 2025 por "el descubrimiento de los efectos de túnel cuántico macroscópicos y la cuantificación de la energía en circuitos eléctricos", según un 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 anteriormente se creía posible sólo 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 posgrado de la universidad.

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

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

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

En los experimentos, los tres científicos construyeron un circuito eléctrico a partir de un superconductor capaz de conducir corriente sin resistencia. Mediante el ajuste fino y la medición de las propiedades del circuito, lograron controlar el fenómeno resultante. Las partículas cargadas que se movían a través del superconductor formaban un sistema que actuaba como si fueran una sola partícula que llenaba todo el circuito.

Estas partículas se encuentran inicialmente en un estado en el que la corriente fluye a través de ellas sin voltaje, como si estuvieran bloqueadas por una barrera insuperable.

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 está cuantizado, lo que significa que solo absorbe o emite una cantidad específica de energía.

Ilustrando el efecto túnel de la mecánica cuántica: si lanzas una pelota contra una pared, rebota. Pero si lanzas una partícula diminuta, la atravesará al otro lado de la pared. Este efecto tiende a disminuir con un mayor número de partículas, razón por la cual nunca vemos a alguien atravesar paredes en la vida cotidiana. - Foto: JOHAN JARNESTAD/Academia Sueca de Ciencias

Allanando el camino para la tecnología cuántica.

Este experimento tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de la mecánica cuántica. Anteriormente, los efectos de la mecánica cuántica a nivel macroscópico involucraban la combinación de numerosas partículas microscópicas para producir fenómenos como láseres, superconductores y fluidos superfluidos. Sin embargo, los experimentos de los tres físicos galardonados con el Premio Nobel de este año produjeron un efecto macroscópico directo.

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

Una aplicación importante fue la computadora cuántica, desarrollada posteriormente por Martinis. Utilizó precisamente la cuantización de la energía que él y dos premios Nobel habían demostrado, empleando circuitos con estados cuantizados como bits cuánticos o cúbits, siendo el estado de energía más bajo 0 y los niveles más altos 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 en computación cuántica de Google entre 2014 y 2020.

Clarke afirmó que su investigación ha contribuido a allanar el camino para avances tecnológicos, como la invención del teléfono móvil. 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 fibra óptica».

Cuando la física y la química se encuentran en el “túnel” cuántico.

El Premio Nobel de Física 2025 se otorgará a tres científicos por sus descubrimientos en mecánica cuántica hace 40 años. Este resultado no es del todo inesperado, 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 e identificaron saltos de energía en circuitos eléctricos. El efecto túnel pronto se convirtió en un concepto central para explicar muchas reacciones químicas.

En términos simples, imaginemos cruzar el paso de Hai Van: los reactivos generalmente tienen que "escalar el paso" con mucha energía, pero a veces "toman un túnel", superando la barrera energética más rápido para iniciar una reacción.

La tunelización se enseña a nivel universitario en los libros de texto de cinética química y se simula mediante métodos cuánticos al calcular las constantes de velocidad de reacción. La física y la química, una vez más, están milagrosamente entrelazadas.

Profesor 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