Premio Nobel de Física para John Clarke, Michel Devoret y John Martinis por revelar la física cuántica en acción

La Academia Sueca de ciencias ha concedido el premio Nobel de Física 2025 a John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis “por el descubrimiento del efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico”. En términos más simples, los galardonados han tratado de responder a una de las grandes preguntas de la física: cuál es el tamaño máximo de un sistema capaz de mostrar efectos cuánticos. Encontrar dónde está el límite en el que aplican las reglas del mundo microscópico y empiezan las que rigen el mundo visible con el que estamos acostumbrados a relacionarnos.

Normalmente, los efectos cuánticos, esas rarezas del mundo subatómico, como que una partícula pueda estar en dos lugares a la vez o atravesar paredes de plomo, solo se observan a escalas diminutas, la de los átomos, los electrones o los fotones. Sin embargo, cuando las partículas se acumulan y forman sistemas mayores, como los seres humanos o las mesas, esos efectos desaparecen. No se sabe de nadie que pueda estar en dos sitios al mismo tiempo y nunca se ha visto que un bolígrafo caiga sobre una mesa y la atraviese.

El mérito de los ganadores del Nobel es demostrar que, empleando la tecnología adecuada, es posible ver y controlar fenómenos cuánticos en un objeto visible.

Entre los años 1984 y 1985, Clarke, Devoret y Martinis realizaron experimentos con un circuito eléctrico en el que demostraron la existencia del efecto túnel cuántico y de niveles de energía cuantizados en un sistema lo bastante grande como para sostenerse con la mano. Para lograr la hazaña de unir estos dos mundos aparentemente aislados, los científicos construyeron un pequeño circuito eléctrico hecho con materiales superconductores, capaces de conducir electricidad sin resistencia a temperaturas muy bajas. En ese circuito separaron dos piezas superconductoras con una capa muy delgada de material aislante, un dispositivo muy utilizado en investigación cuántica.

Cuando dejaron pasar corriente por el circuito, midieron con precisión lo que ocurría y descubrieron algo extraordinario: el conjunto de todas las cargas eléctricas que se movían en el superconductor se comportaba como si fueran una sola partícula gigante que ocupaba todo el circuito y que podía hacer cosas inesperadas.

La partícula macroscópica se encontraba en un estado estable en el que la corriente fluía sin generar voltaje, atrapada tras un muro de energía. Pero, a diferencia de lo que nos dice nuestra experiencia con los muros, el experimento mostró que la partícula podía atravesar esa barrera pasando a un nuevo estado de voltaje y que lo hacía sin recibir energía suficiente para saltarla. Ese comportamiento es igual que el de las partículas cuánticas microscópicas, que pueden atravesar las barreras a través de lo que se conoce como un túnel cuántico. En este caso, se había observado por primera vez ese efecto túnel en un objeto visible.

Además, al medir la energía de la partícula, comprobaron que no podía tener cualquier valor, como sucede normalmente con los objetos de nuestro mundo macroscópico, sino que debían tener valores específicos, algo típico del comportamiento cuántico.

El comité del Nobel destacó que este hallazgo une el mundo cuántico con el macroscópico y abre puertas a nuevas tecnologías como la computación cuántica, la criptografía cuántica y los sensores cuánticos. Clarke está ligado a la Universidad de California en Berkeley, y Devoret y Martinis a la de California en Santa Bárbara.

El trabajo de los premiados aún no ha transformado el mundo, pero es posible que esté a punto. Martinis, el más joven de los premiados, que cuando realizaron sus experimentos en los 80 era un veinteañero que aún no se había doctorado, publicó en 2019 un artículo en Nature en el que se anunciaba la supremacía cuántica. Este concepto se refiere a la capacidad de un ordenador cuántico de resolver en minutos un problema que a un ordenador convencional le llevaría millones de años. El trabajo, financiado por Google, era solo una prueba de concepto, porque, por ahora, el funcionamiento de este tipo de ordenadores introduce errores que hacen que sus resultados no sean fiables. En aquel momento, Martinis concedió una entrevista a EL PAÍS en la que aseguraba que “la computación cuántica que hacemos ahora nos habría parecido absolutamente irreal hace años”.

Más tarde, Martinis abandonó Google y, en años posteriores, la compañía ha presentado chips capaces de corregir errores en tiempo real y corregirlos. Algunos expertos calculan que los ordenadores cuánticos fiables pueden ser realidad en la próxima década.

Poco después de conocerse el fallo del galardón, John Clarke mostraba su sorpresa por la noticia. “Estoy completamente atónito, nunca se me ocurrió que [aquel trabajo de hace cuatro décadas] sería la base de un Premio Nobel”.

Juan Ignacio Cirac, director de la División de Teoría del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica en Garching (Alemania) y uno de los científicos que entraban en las quinielas para el Nobel de este año, considera que es un premio “muy bien merecido”. “Sus experimentos han sido cruciales para los avances en tecnologías superconductoras y que, hoy en día, se utilizan en muchos ámbitos, en particular en los ordenadores cuánticos”, ha declarado al Science Media Center España.

El año pasado, la Academia concedió el premio a John Hopfield y Geoffrey Hinton, padres de la inteligencia artificial, “por descubrimientos e invenciones fundamentales que permiten el aprendizaje automático con redes neuronales artificiales”. Se reconoció a ambos científicos por sus aportaciones al aprendizaje de las máquinas y a la actual revolución de la inteligencia artificial.

En 2023, la Academia reconoció a los franceses Anne L’Huillier y Pierre Agostini y al húngaro Ferenc Krausz, pioneros de la física del attosegundo, por crear nuevas herramientas para explorar el mundo de los electrones dentro de los átomos. El Nobel de Física se ha otorgado ya en 118 ocasiones.

Entre los nombres que sonaban en las quinielas como la elaborada por Clarivate se encuentran el estadounidense David DiVicenzo y el suizo Daniel Loss. En un artículo de 1998, sentaron las bases teóricas para construir un ordenador cuántico, describiendo cómo se podía utilizar el espín del electrón, una característica fundamental de estas partículas, como la masa, para crear bits cuánticos con los que codificar información en lo que serían los ordenadores del futuro. En este mismo campo, también se contaba con Peter Shor, del Massachusetts Institute of Technology, David Deutsch, de Oxford o el español Juan Ignacio Cirac, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica.