Dr. Ignacio García-Mata
Investigador del Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata, IFIMAR (FCEyN-UNMdP – CONICET)
En este 2025, el premio Nobel de Física fue para los científicos John Clarke, Michel Devoret y John Martinis y se entregó por el descubrimiento del efecto túnel macroscópico en un circuito eléctrico.
¿Qué es el efecto túnel?
El efecto túnel se produce en mecánica cuántica cuando aparece una barrera física, que se llama de potencial, que se puede imaginar como si hubiera una pared. Si se tira una pelota contra la pared, la pelota rebota. En mecánica cuántica esto no sucede así. Si se tiene una partícula, por ejemplo, un electrón, hay una probabilidad distinta de cero de que la partícula atraviese esta pared, sin necesidad de impartirle una energía más alta que la necesaria para atravesarla. Eso es esencialmente el efecto túnel, y se puede calcular la probabilidad con la que esa partícula se puede encontrar del otro lado de la barrera de potencial. En términos clásicos sería como pensar que la pelota está del otro lado sin romper la pared.
¿Qué pasa cuando hablamos de algo más grande que un electrón?
Que esto sucede a nivel de una partícula se sabe y se comprobó hace muchos, muchos años. Desde el inicio de la mecánica cuántica se sabía que tenía que pasar. Después surgieron estudios de otros estados de la materia dados por la mecánica cuántica, como los condensados de Bose o los superconductores, en donde la materia se comporta de manera aún más rara, y se puede tener muchísimas partículas en un solo estado cuántico que se comportan colectivamente como una sola cosa.
En un superconductor, lo que ocurre es que los electrones, que normalmente se repelen porque todos tienen la misma carga negativa, pueden formar pares por comportamientos propios del sistema. Y, cuando pasa esto, dejan de comportarse como fermiones (uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza), que tienen una determinada estadística, y pasan a comportarse como bosones (el otro tipo de partícula elemental). Al pasar de ser fermiones a bosones, estos pares de electrones son como una sola partícula, y se aglutinan de manera de estar todas en el mismo estado cuántico, en un gran estado cuántico, que es este superconductor. Este estado puede tener un número macroscópico de partículas, y esto es lo raro: que millones de partículas puedan atravesar una barrera por efecto túnel. Además, lo que demostraron estos investigadores es que los estados de energía están cuantizados, son discretos. Mostraron que, irradiando con microondas la muestra del conductor, absorbía energía en niveles discretos. Y eso también fue interesante, ya que es un efecto esperable solo a niveles cuánticos pero no macroscópicos.
Perspectivas futuras
Este descubrimiento fue importante para lo que siguió, en términos temporales, que son todas las aplicaciones generadas a partir del surgimiento de lo que ahora se llama información cuántica o computación cuántica, que tuvo un auge muy importante a partir de 1994, con primer algoritmo de computación cuántica, el algoritmo de Shor, que cambió la clase de complejidad de un problema complejo a un problema no tan complejo, si se tuviera una computadora cuántica grande. Si bien el desarrollo de este tipo de sistemas presenta ciertas dificultades técnicas, ya que son muy sensibles a la interacción con el medio ambiente y requieren de un crióstato que mantenga temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (casi 273 grados centígrados bajo cero), si las computadoras cuánticas avanzan lo que se espera que avancen, va a haber otro premio Nobel relacionado con la implementación de estas tecnologías.