Diario de Navarra

La concesión del Premio Nobel de Física a John Clarke, Michel Devoret y John Martinis se debe a su trabajo pionero en el descubrimiento de que la mecánica cuántica puede actuar a nivel macroscópico. Una de las grandes preguntas de la física moderna es cuál es el tamaño máximo que puede tener un sistema para demostrar efectos mecánico-cuánticos. John Clarke, Michel Devoret y John Martinis demostraron dos efectos puramente cuánticos en una serie de experimentos realizados en 1984 y 1985, utilizando un sistema lo suficientemente grande como para sostenerlo en una mano: el efecto túnel y la cuantización de los niveles de energía. El primero de estos se refiere a la capacidad de las partículas cuánticas de atravesar barreras de potencial que superan la energía que poseen desde un punto de vista clásico. En palabras llanas, en el mundo cuántico, cuando se lanza una pelota contra una pared (una barrera de potencial), existe una probabilidad de que pase al otro lado. El segundo efecto que demostraron se refiere a que el sistema absorbe y emite energía en tamaños específicos o cuantizados. Esto sería como si tuviéramos una sartén que pudiera calentarse únicamente a ciertas temperaturas discretas, como por ejemplo 30, 40 o 100 grados, sin poder adoptar otra temperatura intermedia. El sistema que utilizaron los físicos galardonados con el Premio Nobel de Física de este año se basa en circuitos electrónicos construidos con materiales superconductores, es decir, elementos que pueden conducir electricidad sin ningún tipo de resistencia eléctrica. Para ello, separaron materiales superconductores mediante una capa fina de un material no conductor, formando lo que se denomina una unión de Josephson. Refinando las propiedades de estos circuitos, consiguieron que las partículas cargadas que se mueven a través del superconductor se comportaran como si fueran una única partícula que compone todo el circuito. Inicialmente, este sistema está atrapado en un estado en el cual la corriente fluye sin generar ningún voltaje. Los ganadores del Premio Nobel demostraron que se puede escapar de ese estado inicial mediante el efecto túnel, pudiendo así medir un voltaje. Además, demostraron que la energía de este sistema está cuantizada. Como conclusión, este sistema, con un tamaño aproximado de un centímetro, se comporta de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. Estos experimentos pioneros no sólo constituyeron un resultado fundacional, sino que también impulsaron el desarrollo del campo de los qubits superconductores. Este tipo de qubits se basa en los sistemas con los que experimentaron Clarke, Devoret y Martinis hace ya 40 años, y sirven de base para construir computadores cuánticos. De hecho, los computadores cuánticos basados en qubits superconductores son los más avanzados en la actualidad, y son en los que han apostado gigantes tecnológicos como IBM o Google. Tanto el IBM Heron, que será instalado en San Sebastián, como el ordenador cuántico integrado en el Barcelona Supercomputing Center, se basan en este tipo de tecnología. Clarke, Devoret y Martinis han contribuido de manera significativa también al desarrollo de este tipo de qubits y, por ello, son considerados los padres de la computación cuántica basada en qubits superconductores. Josu Etxezarreta, profesor de Tecnun-Escuela de Ingeniería de la Universidad de Navarra

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Efectos cuánticos a nivel macroscópico

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