En el centenario del nacimiento de la mecánica cuántica, la Academia Sueca de Ciencias ha otorgado el premio Nobel de Física 2025 a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis, por sendos descubrimientos fundamentales en física cuántica realizados entre 1984 y 1985: el efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en circuitos eléctricos.
En pocas palabras, el premio es por demostrar que la física cuántica también funciona en sistemas relativamente «grandes» (y no solo en átomos y moléculas), concretamente en determinados circuitos eléctricos.
Entre 1984 y 1985, Clarke, Devoret y Martinis realizaron una serie de experimentos en la Universidad de California en Berkeley con «uniones Josephson». Empecemos explicando qué es una «unión Josephson».
Ciertos metales, cuando se enfrían hasta alcanzar una temperatura cercana al cero absoluto, se convierten en superconductores. Un circuito construido con ellos puede transportar corriente eléctrica sin resistencia. Este fenómeno se produce cuando los electrones se asocian en pares y esos pares se comportan colectivamente como un único sistema cuántico que «ocupa» todo el circuito.
Si ponemos un aislante entre dos circuitos superconductores, normalmente se detiene el flujo de electricidad. Sin embargo, si el aislante es lo suficientemente delgado, electrones a ambos lados pueden emparejarse entre sí –formando los «pares de Cooper» que permiten la superconductividad-, lo que permite que los electrones atraviesen el aislante y la corriente fluya. Brian Josephson predijo este efecto en 1962, que fue pronto observado experimentalmente. Estos circuitos superconductores unidos por un aislante fino es lo que se llaman uniones Josephson. Cooper compartió (con Bardeen y Schrieffer) el premio Nobel de Física 1972. Josephson compartió (con Esaki y Giaever) el premio Nobel de Física 1973.
Pero estos primeros experimentos no demostraron que los pares de Cooper existieran o se comportaran según la mecánica cuántica. Lo que hicieron Clarke, Devoret y Martinis fue hacer pasar una corriente adicional a través de una unión Josephson del tamaño de un glóbulo rojo, para alterar las energías relativas a ambos lados del aislante. A continuación, demostraron que, a medida que la temperatura descendía hacia el cero absoluto, la corriente túnel variaba tal y como predecía la mecánica cuántica. Posteriormente, al iluminar la unión con microondas, demostraron que los estados de energía correspondían a los predichos por la teoría cuántica.
Estos experimentos están en la base de las tecnologías que han permitido desarrollar sensores cuánticos y fabricar masivamente «qubits» superconductores para montar pequeños ordenadores cuánticos como el de la foto y como los que hay en Barcelona (véase [1]), Santiago de Compostela (véase [2]) y San Sebastián (véase [3]). De hecho, dos de los galardonados han tenido papeles relevantes en el desarrollo de este tipo de ordenadores cuánticos. Por ejemplo, Google Quantum AI, una colaboración entre Google, la Universidad de California en Santa Bárbara y otras instituciones, contrató en 2014 a Martinis y su equipo en un acuerdo multimillonario para construir un ordenador cuántico utilizando qubits superconductores. En 2019 publicaron un célebre artículo [4] en el que presentaban evidencias de ventajas computacionales cuánticas usando un ordenador cuántico de 53 qubits superconductores. Martinis dejó Google en 2020. Pero, en 2023, Devoret fue nombrado científico jefe de hardware en Google Quantum AI, donde sigue trabajando (véase [5]).
Referencias
[1]: https://www.bsc.es/innovation-and-services/not-assigned-pages/bsc-quantum-spain-computer
[2]: https://www.youtube.com/watch?v=Lq4hlvdy0CU
[4]: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5
[5]: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6
Imagen destacada: Ordenador cuántico instalado en San Sebastián
