Se conocieron los ganadores del Premio Nobel de Física 2025: quiénes son y qué hicieron

Para Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física, “es maravilloso celebrar cómo la mecánica cuántica, con un siglo de antigüedad, ofrece continuamente nuevas sorpresas. Además, es enormemente útil, ya que la mecánica cuántica es la base de toda la tecnología digital”.

Figura 6. John Clarke, Michel Devoret y John Martinis construyeron un experimento utilizando un circuito eléctrico superconductor.

Impacto del Nobel en la tecnología cuántica

Los investigadores distinguidos confirmaron, además, que el sistema físico analizado sigue de manera exacta las leyes de la mecánica cuántica, mostrando que sólo puede emitir o absorber cantidades discretas de energía, fenómeno que recibe el nombre de cuantización. A ello se suma la posibilidad de que una partícula atraviese una barrera aparentemente infranqueable, gracias a un mecanismo característico de esta rama de la física conocido como efecto túnel.

“Cuando lanzas una pelota contra una pared, puedes estar seguro de que rebotará hacia ti y te sorprendería mucho si la pelota apareciera, de repente, al otro lado de la pared”, señaló la Real Academia para ilustrar el descubrimiento. El circuito eléctrico superconductor desarrollado por estos tres investigadores tenía la capacidad de cambiar de estado como si atravesara una barrera invisible.

En sistemas donde participan grandes cantidades de partículas, los efectos de la mecánica cuántica suelen perder relevancia. Sin embargo, los experimentos de los laureados demostraron que las propiedades cuánticas pueden manifestarse incluso a escalas visibles, permitiendo observar fenómenos que normalmente solo se perciben a nivel microscópico.

La Real Academia Sueca de Ciencias concedió el galardón a tres físicos por experimentos con superconductores que demostraron propiedades de la mecánica cuántica en sistemas grandes.

Diseño y funcionamiento del circuito superconductor

Para ello, los científicos diseñaron un circuito electrónico con superconductores, materiales que permiten el flujo de corriente sin resistencia. Dentro de este circuito, los elementos superconductores estaban separados por una capa extremadamente fina de material aislante, formando lo que se conoce como una unión Josephson.

Gracias a un minucioso ajuste y medición de todas las características del circuito, lograron manipular y estudiar los efectos que surgían al hacer circular corriente, revelando comportamientos cuánticos a una escala considerablemente mayor que la habitual.

Las partículas con carga que circulaban dentro del superconductor formaban un conjunto que se comportaba como una única entidad, ocupando todo el circuito de manera coherente. Este sistema a gran escala, semejante a una sola partícula, se encontraba inicialmente en un estado donde la corriente fluía sin generar voltaje, atrapado como si estuviera detrás de un obstáculo infranqueable.

Durante el experimento, el sistema evidenció su naturaleza cuántica al salir del estado de voltaje nulo mediante el efecto túnel. El cambio de estado se detectó gracias a la aparición de voltaje en el circuito. Además, los científicos demostraron que el comportamiento del sistema coincide exactamente con las predicciones de la mecánica cuántica: su energía está cuantizada, absorbiendo o liberando únicamente porciones definidas de energía.

Explorando el efecto túnel en múltiples partículas

En el ámbito de la física cuántica, el efecto túnel es un fenómeno ampliamente estudiado en partículas individuales. Ya en 1928, el científico George Gamow identificó que este mecanismo explica por qué ciertos núcleos atómicos pesados se descomponen de manera específica; sin la acción del túnel cuántico, estas transformaciones nucleares simplemente no serían posibles.

Pronto, los investigadores comenzaron a preguntarse si sería factible observar un efecto túnel que involucrara múltiples partículas simultáneamente. Para explorar esta posibilidad, los galardonados emplearon materiales superconductores, donde los electrones se agrupan en pares de Cooper. Estos pares no se comportan como electrones aislados, sino que actúan como una entidad única, formando un sistema que puede analizarse bajo las reglas de la mecánica cuántica.

El Premio Nobel de Física 2025 fue otorgado el martes a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por el descubrimiento del efecto túnel mecánico cuántico macroscópico.

Los avances teóricos de Anthony Leggett sobre el efecto túnel cuántico a escala macroscópica en una unión Josephson sirvieron de base para nuevas investigaciones experimentales. A mediados de la década de 1980, Devoret se incorporó al equipo de Clarke en la Universidad de California, Berkeley, tras completar su doctorado en París. El grupo también contaba con Martinis, entonces estudiante de doctorado. Juntos asumieron el reto de demostrar de manera experimental el efecto túnel a nivel macroscópico.

Metodología y mediciones del experimento

El desarrollo del experimento exigió extrema precisión y control para aislar el sistema de cualquier perturbación externa. Los investigadores lograron ajustar y medir con exactitud cada característica del circuito eléctrico, lo que les permitió analizar su funcionamiento en detalle. El chip que contenía el circuito tenía un tamaño aproximado de un centímetro.

Para analizar los comportamientos cuánticos, los investigadores aplicaron una corriente débil a la unión Josephson y registraron el voltaje resultante. Inicialmente, el voltaje se mantenía en cero, tal como anticipaban.

John Clarke.

A continuación, midieron el tiempo que tardaba el sistema en escapar de ese estado mediante el efecto túnel, lo que generaba la aparición de voltaje. Dado que la mecánica cuántica incorpora incertidumbre, realizaron múltiples mediciones y representaron los resultados en gráficos comparativos.

Además, los científicos introdujeron microondas de distintas longitudes de onda mientras el sistema permanecía en el estado de voltaje cero. Algunas de estas ondas fueron absorbidas, provocando que el sistema alcanzara niveles de energía más elevados. Esto evidenció que el estado de voltaje cero duraba menos tiempo cuando el sistema tenía mayor energía, confirmando exactamente las predicciones de la teoría cuántica.

Investigadores teóricos, entre ellos Anthony Leggett, han establecido un paralelo entre el sistema cuántico macroscópico estudiado por los laureados y el experimento mental de Schrödinger, con su icónico gato en la caja. Según Leggett, los experimentos realizados demostraron que existen fenómenos en los que un gran número de partículas actúa de manera colectiva, comportándose exactamente según las predicciones de la mecánica cuántica.

John M. Martinis.

Este tipo de estado cuántico a escala macroscópica abre nuevas oportunidades para investigaciones que aprovechan las reglas que rigen el comportamiento de las partículas en el mundo microscópico. Puede verse como una especie de átomo artificial aumentado, útil para recrear y estudiar otros sistemas cuánticos. Los circuitos superconductores, por ejemplo, se emplean en experimentos que buscan desarrollar computadoras cuánticas del futuro.

Contexto histórico y próximos anuncios de los Premio Nobel

El Premio Nobel de Física otorgado este año es el segundo anunciado en la semana. Apenas un día antes, Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell y Shimon Sakaguchi recibieron el Nobel de Medicina por sus hallazgos sobre cómo el sistema inmunológico distingue entre agentes extraños y células propias. El año pasado, el galardón de física reconoció a John Hopfield y Geoffrey Hinton por sus aportes fundamentales al aprendizaje automático y la inteligencia artificial.

Michel H. Devoret.

Desde su inicio en 1901 hasta 2024, el Premio Nobel de Física se ha entregado en 118 ocasiones, reconociendo a un total de 226 científicos. Esta semana sigue la serie de anuncios: el Nobel de Química se dará a conocer el miércoles, el de Literatura el jueves y el Premio Nobel de la Paz el viernes. Por su parte, el Nobel de Economía se revelará el 13 de octubre.

La ceremonia oficial de entrega de todos los galardones se realizará el 10 de diciembre, fecha que recuerda el fallecimiento de Alfred Nobel en 1896, el inventor sueco de la dinamita y creador de los premios. Cada reconocimiento combina prestigio internacional con un incentivo económico de 11 millones de coronas suecas, equivalentes a aproximadamente 1,2 millones de dólares.