Este año se cumple un siglo del nacimiento de la física cuántica, esa disciplina que estudia cómo se comportan los sistemas muy pequeños, como los átomos y las partículas que los forman. A esas escalas la realidad rompe nuestras intuiciones, las partículas pueden no estar en un sitio concreto o no tener una velocidad bien determinada, dos partículas pueden estar “conectadas” instantáneamente a través de grandes distancias y otras pueden teleportarse (cuánticamente). Sin embargo, estas cosas tan extrañas desaparecen cuando juntamos átomos para construir los objetos que nos rodean en nuestra escala: las propiedades cuánticas del mundo microscópico desaparecen en el macroscópico… o casi. Porque el Nobel de Física de este 2025 se lo han dado a una excepción.

Los investigadores premiados han sido John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis por, según el propio comité: “por el descubrimiento del túnel cuántico y la cuantización de energía ambos a escalas macroscópicas en un circuito eléctrico.” Palabras amenazantes para cualquier profano pero que, si simplificamos mucho, vendrían a decir que esos extraños comportamientos propios de los objetos muy diminutos los han detectado en un objeto de nuestra escala, concretamente de 1 centímetro de tamaño que, comparado con el tamaño de una partícula subatómica, es un verdadero gigante. Para imaginarlo: si una de estas partículas que forman los átomos tuviera un contorno definido (que no lo tienen) y midiera lo mismo que una canica, la escala del circuito equivaldría a distancias astronómicas, como la que separa el Sol de Neptuno.

El efecto túnel

Para comprender superficialmente este nobel tenemos que entender dos conceptos: la superconductividad y el efecto túnel. Si empezamos por este último podríamos imaginarlo como la capacidad que tienen las partículas subatómicas para atravesar paredes, y así lo explican normalmente en la divulgación, pero es solo un caso particular de algo más profundo. En nuestra escala hay cosas que una pelota no puede hacer porque no tiene la energía suficiente, por ejemplo: atravesar un muro de hormigón. Sin embargo, en el mundo cuántico siempre hay una probabilidad, por baja que sea, de que una partícula haga algo para lo cual no debería tener suficiente energía.

Puede parecer una propiedad demasiado fantasiosa, pero en realidad conocemos sus consecuencias desde hace mucho tiempo. Los átomos radiactivos, como los del uranio 235, no deberían ser capaces de desintegrarse como lo hacen, desprendiendo parte de su núcleo. La energía que necesitan superar es demasiado alta y, si lo consiguen, es gracias al efecto túnel, que les permite superar esa “barrera” energética. Dicho de otro modo: la radiactividad (alfa) es consecuencia del efecto túnel. Y ahora, ha llegado el momento de que hablemos sobre los superconductores.

La superconductividad

Los materiales conductores transmiten la electricidad, eso lo sabemos y por eso hacemos circuitos de cobre y no de madera. Sin embargo, por bueno que sea un material conductor, siempre ofrecerá algo de resistencia al paso de la corriente: una parte de la energía se perderá en forma de calor. Los superconductores, en cambio, son materiales especiales que, bajo determinadas condiciones (normalmente temperaturas muy bajas) no ofrecen ninguna resistencia al paso de corriente. En las condiciones adecuadas, estos circuitos sin resistencia muestran un voltaje igual a cero y esto será clave más adelante.

Las partículas eléctricas (electrones), recorren los circuitos de superconductores de forma absolutamente eficiente, sin perder energía en forma de calor. De hecho, lo que hacen es emparejarse, formando dúos de electrones llamados “pares de Cooper”, que se comportan como si fueran una sola partícula, manteniendo sus propiedades cuánticas. Podríamos decir que estos pares de Cooper hacen que los electrones viajen de forma “más ordenada” a través del circuito. Es más, si el circuito está suficientemente frío, aislado y cumple otras características clave, los pares de Cooper pueden acoplarse entre sí, haciendo que los miles de millones que recorren el circuito se comporten como una única partícula con propiedades cuánticas.

El experimento

Y ya estamos preparados para unir ambos conceptos como hicieron los tres premiados. En 1985 diseñaron un circuito de aproximadamente un centímetro de tamaño y perfectamente aislado de su entorno. En él, en lugar de introducir un “cable” continuo de material superconductor, decidió interrumpirlo con una delgadísima lámina de un material aislante. Esto es lo que se conoce como unión de Josephson y, aunque parezca extraño, no elimina la superconductividad del circuito porque los electrones pueden pasar de un lado a otro gracias al efecto túnel, superando la barrera de energía que supone atravesar el aislante.

Pues bien, al suministrar una corriente muy baja y controlada al circuito, los investigadores pueden medir su voltaje y, como hemos dicho, si se está comportando como un superconductor debería ser cero. Es más, teóricamente no debería ser capaz de comportarse de otro modo porque hay una barrera de energía que tiende a mantenerlo como un superconductor. Sin embargo… los investigadores detectaron que el voltaje cambiaba espontáneamente, justo con la aleatoriedad que esperarían de un objeto cuántico. El circuito en su conjunto, con sus cientos de milímetros, está exhibiendo la propiedad cuántica del efecto túnel. Es más, la energía del circuito no podía ser cualquiera y esa es otra propiedad cuántica en nuestro circuito de escala macroscópica. Del mismo número que no podemos encontrar una talla 43,75 de zapatos, sino que pasa de la 43 a la 44, la energía de los sistemas cuánticos está “empaquetada” en cantidades concretas. De hecho, es lo que se conoce como cuantos, de energía, está cuantizada y de ahí el nombre de la física cuántica.

Y, dejando al lado la belleza de este experimento, la forma en que difumina la frontera entre lo cuántico y lo clásico, y lo mucho que nos ha ayudado a comprender la realidad que nos rodea, sus consecuencias son más prácticas de lo que imaginamos. Como han comunicado en la rueda de prensa: no hay tecnología moderna que no se base en nuestro conocimiento de la física cuántica. Ordenadores, teléfonos móviles… es más, no solo ha esculpido la tecnología del presente, signo que permite explorar una nueva generación de tecnologías, incluyendo la criptografía cuántica, las computadoras cuánticas y los sensores cuánticos.

Por supuesto, los detalles que nos hemos saltado son una infinidad y por mor de la sencillez hemos caído en simplificaciones que rozan la mentira, pero ahora sabemos por dónde nos da el aire y podemos comprender qué pretende decir la Academia Real Sueca con que el Nobel de Física de este año ha sido “por el descubrimiento del túnel cuántico y la cuantización de energía ambos a escalas macroscópicas en un circuito eléctrico”.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Una parte de nosotros albergaba la esperanza de que este año, por fin, el premio Nobel de Física recayera en un científico español. Los nombres más sonados eran los de Pablo Jarillo-Herrero y Juan Ignacio Cirac Sasturain, dos investigadores cuyas trayectorias condensan buena parte del talento científico que se genera dentro y fuera de nuestras fronteras.
• Cirac ha sido pionero en el campo de la computación cuántica, desarrollando las llamadas trampas de iones, un método para construir el equivalente a los transistores que en los ordenadores clásicos representan los famosos ceros y unos. Sus aportaciones podrían abrir las puertas de una potencia de computación hoy inimaginables.
• Jarillo-Herrero, por su parte, ha revolucionado la física de materiales descubriendo cómo podía convertir el grafeno en un superconductor superponiendo dos láminas y girando una apenas 1,1 grados. Su hallazgo abre la posibilidad de diseñar dispositivos electrónicos ultrarrápidos y más eficientes.
• Aun así, pese a figurar entre las quinielas, ninguno de los dos partía como favorito. España no recibe un Nobel científico desde Severo Ochoa en 1959, y el último con nacionalidad española fue Santiago Ramón y Cajal, hace ya más de un siglo. Por eso, más allá del premio, su nominación simboliza una deuda histórica que, esperemos, no tarde en ser saldada.

REFERENCIAS (MLA):

• Devoret, Michel H., John M. Martinis, D. Esteve, and John Clarke. “Resonant Activation from the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction.” Physical Review Letters, vol. 53, no. 13, 1984, pp. 1260–1263. DOI: 10.1103/PhysRevLett.53.1260
• Martinis, John M., Michel H. Devoret, and John Clarke. “Energy-Level Quantization in the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction.”Physical Review Letters, vol. 55, no. 15, 1985, pp. 1543–1546. DOI: 10.1103/PhysRevLett.55.1543