Premio Nobel de Física 2025: cuando la física cuántica se vuelve macroscópica

John Clarke, Michel Devoret y John Martinis demostraron efectos cuánticos—como el tunelaje y la cuantización de energía—en un circuito eléctrico visible, llevando propiedades atómicas a escala humana, sentando bases para la tecnología cuántica.

John Clarke, Michel Devoret y John Martinis. Ganadores del Nobel de física 2025. Crédito: Niklas Elmehed / Nobel Prize Outreach.

La física cuántica suele habitar un mundo invisible, donde electrones y fotones desafían la lógica clásica y fenómenos como el tunelaje o los saltos energéticos parecen magia. Pero ¿cómo trasladar eso al mundo cotidiano? Pues esta pregunta es la que impulsó una revolución científica.

John Clarke, Michel Devoret y John Martinis lograron construir circuitos superconductores que se comportan como “átomos gigantes”, en donde los efectos cuánticos no se diluyen, sino que se amplifican y se hacen visibles.

Para entender un poco, imaginemos que lanzamos una pelota contra una pared que aparece del otro lado sin romperla, algo imposible en nuestro mundo, y que sólo ocurre en el mundo cuántico. Hoy, este fenómeno se manifiesta en circuitos electrónicos, desafiando nuestra intuición macroscópica.

El efecto, se basa en niveles de energía discretos, que básicamente es como si una partícula tuviera que atravesar una escalera en la que sólo puede pisar cada peldaño, sin tocar el espacio entre ellos. Conocida como "cuantización" y medida en sistemas electrónicos confirma que el sistema es una manifestación ordenada de la mecánica cuántica.

Un sistema cuántico es como una escalera. Crédito: Nobel Price.

El Nobel de Física 2025 reconoció este logro por demostrar que la física cuántica puede emerger en sistemas macroscópicos, manipulables y visibles. Ya no es solo teoría para partículas invisibles, sino una herramienta para construir tecnología real y la frontera entre lo cuántico y lo cotidiano se ha desplazado.

El túnel invisible y la tabla de lavar inclinada

El tunelaje cuántico permite que una partícula atraviese una barrera sin tener la energía suficiente, es como si la naturaleza permitiera atajos a estos niveles. Este fenómeno, antes reservado al mundo atómico, ahora se observa en circuitos que caben en la palma de la mano.

En estos experimentos, el sistema comienza atrapado en un estado de voltaje cero, como una palanca bloqueada en “apagado”. A temperatura cero, la física clásica dicta que no puede moverse, pero la mecánica cuántica permite que “salte” espontáneamente al estado “encendido”, generando voltaje sin causa aparente.

Este salto ocurre gracias a la unión Josephson, una estructura donde dos superconductores están separados por una barrera delgada. En ella, los pares de Cooper (electrones enlazados), pueden atravesar la barrera sin resistencia, como si fueran una sola entidad obedeciendo leyes cuánticas.

La diferencia de fase de la función de onda colectiva se comporta como una partícula ficticia, la cual se mueve en un potencial llamado “tabla de lavar inclinada”, controlado por la corriente, así, el sistema entero se convierte en un modelo cuántico macroscópico, observable y manipulable.

Superconductores, energía discreta y un gato

Los superconductores permiten que los electrones se unan en pares de Cooper, que actúan como energía. A temperaturas cercanas al cero absoluto, estos pares pierden su individualidad y se comportan como un solo estado cuántico colectivo, similar a un condensado de Bose-Einstein.

Este estado colectivo es clave para que el circuito actúe como una “partícula gigante”. Al irradiarlo con microondas, los científicos observaron que solo absorbía frecuencias específicas, saltando entre niveles de energía, que es la firma de la cuantización, como si el sistema tuviera escalones invisibles.

En cuántica, las partículas pueden "atravesar" las barreras de energía.

Además, se comprobó que el tunelaje era más rápido a mayores energías, lo que coincide con las predicciones cuánticas para partículas microscópicas. Así, el comportamiento del sistema confirma que lo macroscópico puede obedecer reglas cuánticas con precisión matemática.

Este experimento recuerda al famoso gato de Schrödinger, atrapado entre lo vivo y lo muerto. Aquí, el sistema está entre lo clásico y lo cuántico, y al observarlo, revela su naturaleza cuántica, una validación experimental de ideas que antes solo vivían en la imaginación teórica.

Del laboratorio al bolsillo

Si lo cuántico puede manifestarse en sistemas grandes, entonces podemos construir dispositivos que lo aprovechen, con lo que computadoras cuánticas, sensores ultraprecisos y comunicaciones seguras ya no son sueños, sino proyectos en desarrollo.

Imagina un reloj que detecta campos magnéticos con precisión atómica, o un teléfono que usa principios cuánticos para proteger tus datos. Estos circuitos permiten que lo invisible se convierta en herramienta, abriendo nuevas rutas para la ingeniería y la medicina.

También podrían surgir tecnologías de metrología cuántica, capaces de medir tiempo, fuerza o temperatura con una sensibilidad sin precedentes. Lo que hoy es un experimento de laboratorio, mañana podría ser parte de tu rutina diaria, como lo fue el láser o el GPS.

Este Nobel celebra una verdad profunda: la física cuántica no está confinada a lo diminuto, puede emerger en lo tangible, lo manipulable, lo cotidiano y al hacerlo, nos invita a imaginar un futuro donde la ciencia convierte lo imposible en realidad palpable.

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