Un Análisis del Premio Nobel de Física 2025 y la Era del Efecto Túnel Cuántico Macroscópico

Sección 1: El Salto Cuántico al Mundo Macroscópico: El Premio Nobel de Física 2025

Esta sección establece el escenario al presentar el Premio Nobel, a sus galardonados y la monumental importancia de su logro. Enmarcará su trabajo no como un descubrimiento aislado, sino como un momento crucial que cerró la brecha conceptual entre el mundo cuántico microscópico y el mundo macroscópico y diseñado por el ser humano.

1.1. Anuncio y Galardonados

La Real Academia de las Ciencias de Suecia ha otorgado el Premio Nobel de Física 2025 conjuntamente a John Clarke de la Universidad de California, Berkeley, Michel H. Devoret de la Universidad de Yale y la Universidad de California, Santa Bárbara, y John M. Martinis de la Universidad de California, Santa Bárbara.¹ La citación oficial reconoce su trabajo pionero «por el descubrimiento del efecto túnel mecánico cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico».¹ Este prestigioso galardón, que incluye una medalla de oro, un diploma oficial y un premio monetario de aproximadamente 1 millón de dólares estadounidenses, será entregado a los laureados en una gran ceremonia en Estocolmo el 10 de diciembre, aniversario de la muerte de Alfred Nobel.²

El anuncio marca el reconocimiento formal de un trabajo fundamental realizado décadas antes, a mediados de la década de 1980, lo que subraya el largo proceso de validación y la profunda repercusión necesarios para un avance de esta magnitud.⁶ El premio no solo honra un descubrimiento histórico, sino que también señala la madurez de todo un campo tecnológico que ha surgido directamente de estos experimentos seminales. La citación en sí misma es particularmente reveladora, ya que sus dos componentes —el efecto túnel y la cuantización de la energía— no son fenómenos separados, sino los pilares gemelos sobre los que se construye la física de los sistemas cuánticos controlables a gran escala. Como se explorará en detalle, estos dos conceptos corresponden directamente a las dos capacidades fundamentales requeridas por un bit cuántico, o cúbit: la capacidad de ser manipulado y la capacidad de existir en estados estables y bien definidos.

El largo intervalo entre los experimentos y el premio refleja un patrón común en la historia del Nobel, donde el comité a menudo espera hasta que las implicaciones completas de un descubrimiento se vuelven innegables. En este caso, el premio se concede en un momento en que las tecnologías que habilitó, especialmente la computación cuántica superconductora, han pasado de ser una curiosidad de laboratorio a una carrera industrial y geopolítica de primer orden, con gigantes como Google e IBM construyendo máquinas basadas precisamente en estos principios.⁵ Por lo tanto, el premio de 2025 no es solo un reconocimiento a un descubrimiento pasado, sino una validación de su papel como la patente fundamental de una era tecnológica emergente.

1.2. La Cuestión Central: Diseñando la Mecánica Cuántica a Escala Humana

Durante mucho tiempo, una pregunta fundamental en la física ha sido el tamaño máximo de un sistema que puede exhibir efectos mecánicos cuánticos.¹ La mecánica cuántica, con sus reglas contraintuitivas de superposición y entrelazamiento, se asocia típicamente con el dominio de lo ultrapequeño: átomos, electrones y otras partículas subatómicas donde la intuición clásica falla por completo.⁶ El problema conceptual, a menudo ilustrado por la paradoja del Gato de Schrödinger, es dónde trazar la línea: ¿en qué punto un sistema se vuelve «demasiado grande» para obedecer las leyes cuánticas y comienza a comportarse según las reglas predecibles del mundo clásico?

El trabajo de los galardonados no solo ayudó a responder esta pregunta, sino que la reformuló por completo. En lugar de simplemente buscar el límite de la cuanticidad, demostraron que este límite podía ser diseñado y superado. Lo lograron construyendo un sistema que era inequívocamente macroscópico y, sin embargo, se comportaba de una manera puramente mecánico-cuántica. Utilizando un circuito eléctrico superconductor en un chip de aproximadamente un centímetro de tamaño —lo suficientemente grande como para ser visto y sostenido en la mano—, llevaron la «extrañeza» del mundo cuántico a una escala tangible y reconocible.¹

El «objeto» cuántico en su experimento no era una sola partícula, sino el comportamiento colectivo y sincronizado de miles de millones de pares de electrones (conocidos como pares de Cooper) que fluían a través del superconductor.³ Demostraron que este vasto colectivo podía actuar como una única entidad cuántica coherente. Este logro monumental representó un cambio de paradigma: la física cuántica pasó de ser una ciencia que describe el mundo natural a una que proporciona un conjunto de herramientas para construir sistemas cuánticos artificiales. Abrieron la puerta a la ingeniería cuántica, demostrando que era posible fabricar objetos a escala humana que obedecieran las leyes del microcosmos.

1.3. Un Legado de Innovación: Encendiendo la Segunda Revolución Cuántica

Los descubrimientos de Clarke, Devoret y Martinis actuaron como la chispa que encendió la segunda revolución cuántica.¹ Si la primera revolución cuántica, a principios del siglo XX, consistió en descubrir y comprender las leyes fundamentales del mundo cuántico, la segunda revolución se centra en aprender a controlar, manipular y diseñar activamente sistemas basados en esas leyes. El trabajo de los laureados proporcionó el eslabón perdido crucial: la prueba de concepto de que era posible construir una tecnología cuántica escalable y de estado sólido.

Sus resultados tuvieron implicaciones directas e inmediatas para el desarrollo de tecnologías cuánticas, incluyendo las computadoras cuánticas, la criptografía cuántica y los sensores cuánticos ultrasensibles.¹ El legado de sus experimentos es visible hoy en los procesadores cuánticos superconductores más avanzados, que son la base de los esfuerzos de empresas como Google e IBM en su carrera hacia la próxima era de la computación.⁵ Estos dispositivos son, en esencia, versiones altamente sofisticadas y complejas del circuito fundamental que los laureados construyeron y estudiaron en la década de 1980.

Como señaló Olle Eriksson, presidente del Comité Nobel de Física, «es maravilloso poder celebrar la forma en que la mecánica cuántica centenaria ofrece continuamente nuevas sorpresas» y es «el fundamento de toda la tecnología digital».¹ Esta declaración captura la dualidad del logro: por un lado, fue una profunda confirmación y extensión de la teoría cuántica fundamental; por otro, sentó las bases para una nueva clase de tecnología con el potencial de resolver problemas mucho más allá del alcance de las máquinas clásicas. Su trabajo transformó la mecánica cuántica de un marco descriptivo a un manual de diseño para el futuro de la tecnología.

Sección 2: El Pasaje «Imposible»: Una Introducción al Efecto Túnel Cuántico

Esta sección proporcionará los antecedentes teóricos necesarios, desmitificando el efecto túnel cuántico para el público objetivo. Comenzará con una analogía intuitiva y luego avanzará hacia una descripción más precisa físicamente, basada en la naturaleza ondulatoria de la materia.

2.1. Más Allá de la Intuición Clásica: La Analogía de la Colina

Para comprender la naturaleza radical del efecto túnel cuántico, es útil comenzar con un escenario del mundo cotidiano. Clásicamente, una partícula, como una pelota rodando, no puede superar una barrera de potencial, como una colina, si no posee suficiente energía cinética para alcanzar la cima.⁷ Si la energía de la pelota es menor que la energía potencial requerida para llegar a la cima de la colina, simplemente rodará hasta cierta altura, se detendrá y volverá por donde vino. En el lenguaje de la física, la probabilidad de que la pelota cruce la colina es exactamente cero; es un evento imposible.⁹

La mecánica cuántica, sin embargo, pinta un cuadro completamente diferente. En el dominio cuántico, una partícula que se encuentra con una barrera de energía que clásicamente no podría superar, tiene una probabilidad no nula de aparecer espontáneamente al otro lado.⁷ Este fenómeno, que desafía toda intuición clásica, se conoce como efecto túnel. No es que la partícula «rompa» la barrera o la «salte» de alguna manera; simplemente atraviesa una región que, según las leyes de la física clásica, le está energéticamente prohibida. La siguiente tabla resume las diferencias fundamentales entre el comportamiento clásico y el cuántico frente a una barrera de potencial.

Tabla 1: Comportamiento Clásico vs. Cuántico en una Barrera de Potencial

Esta tabla cristaliza la divergencia conceptual. Mientras que el mundo clásico es determinista y local, el mundo cuántico es probabilístico y no local, lo que permite resultados que, a primera vista, parecen imposibles.

2.2. La Naturaleza Ondulatoria de la Materia: El Origen Físico del Efecto Túnel

El efecto túnel no es un truco de magia, sino una consecuencia directa y fundamental de uno de los pilares de la mecánica cuántica: la dualidad onda-partícula. A nivel cuántico, las partículas como los electrones no se comportan simplemente como pequeñas bolas de billar, sino que también exhiben propiedades de onda.⁷ El estado de una partícula no se describe por una posición y una velocidad precisas, sino por una entidad matemática llamada función de onda, comúnmente denotada por la letra griega Psi (). La evolución de esta función de onda en el tiempo y el espacio está gobernada por la ecuación de Schrödinger.⁷

La función de onda en sí misma no es una onda física en el espacio, sino una onda de probabilidad. El cuadrado de su amplitud en un punto determinado, , representa la probabilidad de encontrar la partícula en esa ubicación si se realizara una medición.⁷ Cuando esta «onda de probabilidad» encuentra una barrera de potencial, no se detiene abruptamente en seco. En cambio, su amplitud penetra en la barrera y comienza a decaer de forma exponencial.⁸ Si la barrera es lo suficientemente delgada, la función de onda todavía tendrá una amplitud distinta de cero al otro lado. Dado que una amplitud no nula implica una probabilidad no nula, existe una posibilidad finita de que una medición encuentre la partícula al otro lado de la barrera.¹¹

Por lo tanto, el término «efecto túnel» es una metáfora útil pero potencialmente engañosa, ya que evoca la imagen de una partícula abriéndose paso a través de un obstáculo físico. Una descripción más precisa es que el estado de la partícula, descrito por su función de onda, existe simultáneamente a ambos lados de la barrera. La barrera simplemente reduce drásticamente la probabilidad de encontrar la partícula en el lado más alejado. Este fenómeno es una manifestación directa del Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Este principio establece que es imposible conocer simultáneamente y con precisión absoluta la posición y el momento (y por tanto, la energía) de una partícula.⁸ La inherente «incertidumbre» o «difuminación» en el estado de la partícula es lo que permite que su función de onda se extienda a regiones clásicamente prohibidas.

2.3. Factores que Gobiernan la Probabilidad de Túnel

Aunque el efecto túnel es un fenómeno fundamental, no lo observamos en nuestra vida cotidiana. Nadie ha atravesado una pared caminando. La razón radica en la sensibilidad extrema de la probabilidad de túnel a varios factores clave. Esta probabilidad disminuye exponencialmente (es decir, de forma increíblemente rápida) con el aumento de tres parámetros: la masa de la partícula, la altura de la barrera de potencial y, sobre todo, el ancho de la barrera.⁷

Debido a esta dependencia exponencial, el efecto túnel es significativo solo para partículas de muy baja masa, como los electrones, que atraviesan barreras extremadamente delgadas, del orden de unos pocos nanómetros (milmillonésimas de metro).⁷ Para un objeto macroscópico, como una persona, la masa es tan inmensa y el «ancho de la barrera» (el grosor de una pared) es tan vasto en comparación con la escala cuántica, que la probabilidad de que ocurra el efecto túnel es tan infinitesimalmente pequeña que, a todos los efectos prácticos, es cero. Se necesitaría esperar un tiempo mucho mayor que la edad del universo para que tal evento tuviera una mínima posibilidad de ocurrir.

Esta sensibilidad es precisamente lo que hace que el efecto túnel sea tan útil en la tecnología. Dispositivos como el Microscopio de Efecto Túnel (STM) explotan la dependencia exponencial de la corriente de túnel con la distancia para obtener imágenes de superficies con resolución atómica.¹¹ También es la razón por la que el logro de los laureados de 2025 fue tan extraordinario: encontraron una manera de hacer que un sistema con una «masa» macroscópica efectiva exhibiera este comportamiento cuántico, un hazaña que requirió una ingeniería y un control experimentales sin precedentes.

Sección 3: El Descubrimiento Premiado: Efecto Túnel Cuántico Macroscópico en un Circuito Superconductor

Esta sección es el corazón del informe, detallando los experimentos específicos de los laureados. Explicará cómo construyeron un «átomo artificial» a partir de un circuito superconductor y observaron su comportamiento cuántico.

3.1. El Escenario Experimental: La Unión de Josephson

El componente central en los experimentos de los galardonados fue un dispositivo conocido como unión de Josephson.¹ Este dispositivo, que es el elemento fundamental de la electrónica superconductora, consiste en dos materiales superconductores separados por una barrera aislante extremadamente delgada, a menudo de solo uno o dos nanómetros de espesor.¹ En un superconductor, los electrones se aparean para formar entidades cuánticas llamadas «pares de Cooper», que pueden fluir a través del material sin encontrar resistencia eléctrica.¹⁶

Lo notable de una unión de Josephson es que estos pares de Cooper pueden «hacer un túnel» cuántico a través de la delgada barrera aislante. Este flujo de pares de Cooper sin resistencia a través de la barrera se conoce como el efecto Josephson, y da lugar a una «supercorriente».¹⁵ La unión de Josephson es, por tanto, un laboratorio perfecto para estudiar el efecto túnel a una escala más allá de una sola partícula. No se trata de electrones individuales, sino de un flujo colectivo de pares de Cooper que exhiben un comportamiento cuántico coherente. Es el elemento de circuito no lineal y sin disipación que hace posibles todos los efectos posteriores, proporcionando el escenario ideal para observar la mecánica cuántica en acción en un sistema electrónico.

3.2. El Actor Cuántico Colectivo: De Miles de Millones de Partículas a un Único Estado Macroscópico

Este es el concepto más crucial y profundo del descubrimiento. En el circuito de los laureados, los miles de millones de pares de Cooper que participaban en la supercorriente no actuaban como partículas individuales e independientes. En cambio, gracias a la naturaleza coherente del estado superconductor, se comportaban como una única y gigantesca entidad cuántica.³ El estado de todo este sistema macroscópico podía describirse mediante una única variable colectiva: la diferencia de fase de la función de onda superconductora a través de la unión de Josephson, una cantidad denotada como .¹⁴

Aquí es donde reside el salto de lo microscópico a lo macroscópico. El «objeto» que realiza el efecto túnel en su experimento no es una partícula física en el sentido tradicional. Es el estado abstracto de todo el circuito, representado por esta fase . Este «sistema similar a una partícula» macroscópico es el que se mueve en un paisaje de potencial, queda atrapado en pozos de potencial y, finalmente, hace un túnel a través de las barreras de potencial.¹³ En esta analogía, la «posición» de la partícula es el valor de la fase , y su «masa» está relacionada con la capacitancia eléctrica del circuito.¹⁹

Este fue un cambio de paradigma fundamental en la física experimental. Antes, los físicos estudiaban partículas preexistentes (electrones, protones) en potenciales naturales (campos atómicos). Clarke, Devoret y Martinis demostraron que era posible diseñar y construir tanto la «partícula» cuántica (el estado colectivo del circuito) como el «potencial» en el que se movía (determinado por los parámetros del circuito como la inductancia, la capacitancia y las corrientes aplicadas). Esto es la esencia de la ingeniería cuántica.

3.3. Observando el Evento de Túnel: Escape del Estado de Voltaje Cero

El experimento en sí fue una demostración elegante de control y medición. El proceso comenzaba preparando el circuito en un estado superconductor donde la corriente fluía a través de la unión de Josephson sin generar ninguna diferencia de voltaje. En la analogía de la partícula, esto es equivalente a que la partícula  esté atrapada en un pozo de un paisaje de potencial.¹³

Luego, los investigadores aplicaban cuidadosamente una corriente de polarización externa al circuito. Aumentar esta corriente era análogo a «inclinar» el paisaje de potencial, haciendo que el pozo en el que estaba atrapada la partícula fuera cada vez menos profundo. Según la física clásica, el sistema debería permanecer en este estado de voltaje cero hasta que la corriente de polarización fuera lo suficientemente grande como para que la barrera del pozo desapareciera por completo, permitiendo que el sistema «se desbordara» clásicamente.

Sin embargo, lo que los laureados observaron fue algo mucho más sutil y profundo. Incluso cuando la barrera del pozo de potencial todavía estaba presente, el sistema podía escapar espontáneamente. Este escape se manifestaba como una transición repentina y medible del estado de voltaje cero a un estado con un voltaje finito a través de la unión.¹³ Este evento fue la firma inequívoca del efecto túnel cuántico macroscópico: el estado colectivo del circuito, nuestra «partícula» , había hecho un túnel a través de la barrera de potencial restante y había escapado del pozo. Este éxito no fue solo un descubrimiento físico, sino también un triunfo de la ingeniería, que requirió enfriar el circuito a temperaturas cercanas al cero absoluto (milikelvins) para eliminar el ruido térmico que de otro modo habría destruido los frágiles efectos cuánticos.²⁰

3.4. Confirmación mediante la Cuantización de la Energía: El «Átomo Artificial»

Observar el escape por túnel fue una hazaña en sí misma, pero para demostrar de manera concluyente que su circuito macroscópico se comportaba como un objeto cuántico genuino, el equipo necesitaba una segunda prueba. La encontraron en otro pilar de la mecánica cuántica: la cuantización de la energía. Un sistema cuántico, como un átomo, no puede tener cualquier cantidad de energía; solo puede existir en niveles de energía discretos y específicos. Un sistema clásico, en cambio, puede absorber o emitir energía en cualquier cantidad continua.

Los laureados demostraron que la energía de su circuito macroscópico estaba, de hecho, cuantizada.¹ Lo hicieron irradiando el circuito con microondas de frecuencia variable. Descubrieron que el circuito solo absorbía energía de las microondas en frecuencias muy específicas y nítidas. Estas frecuencias correspondían exactamente a las diferencias de energía entre los niveles cuánticos discretos dentro del pozo de potencial.²⁰ Si el circuito se hubiera comportado de forma clásica, habría absorbido energía en un rango continuo de frecuencias.

Esta observación fue la prueba definitiva. Confirmó que este objeto macroscópico, hecho por el hombre, se comportaba verdaderamente como un único sistema cuántico. Habían creado, en esencia, un «átomo artificial».²² A diferencia de un átomo natural, cuyas propiedades están fijadas por la naturaleza, las propiedades de su átomo artificial —como el espaciado entre sus niveles de energía— podían ser diseñadas y ajustadas a voluntad cambiando los parámetros del circuito. Esta demostración no solo confirmó el efecto túnel macroscópico, sino que también sentó las bases para el bit cuántico superconductor.

Sección 4: Del Descubrimiento Fundamental a las Tecnologías Transformadoras

Esta sección conectará el descubrimiento fundamental con sus dos legados tecnológicos más importantes: los SQUID y los cúbits superconductores, demostrando el linaje directo desde los experimentos de la década de 1980 hasta la tecnología de vanguardia de hoy.

4.1. SQUIDs: Aprovechando la Interferencia Cuántica para una Sensibilidad sin Precedentes

4.1.1. Principio de Funcionamiento

Un SQUID (Dispositivo Superconductor de Interferencia Cuántica, por sus siglas en inglés) es un magnetómetro, un dispositivo para medir campos magnéticos, de una sensibilidad extraordinaria.¹⁴ Típicamente, un SQUID consiste en un bucle de material superconductor interrumpido por una o dos uniones de Josephson.¹⁴ Su funcionamiento se basa en dos fenómenos cuánticos macroscópicos: el efecto Josephson (el túnel de pares de Cooper a través de las uniones) y la cuantización del flujo magnético en un bucle superconductor.¹⁶

Cuando un campo magnético externo atraviesa el bucle del SQUID, induce una supercorriente circulante para mantener el flujo magnético dentro del bucle cuantizado (en múltiplos de una constante fundamental). Esta corriente se suma o se resta a la corriente que pasa por las uniones de Josephson. La corriente total que puede pasar a través del dispositivo antes de que desarrolle un voltaje depende de manera extremadamente sensible de la interferencia cuántica entre las funciones de onda macroscópicas en las dos ramas del bucle. Como resultado, el voltaje de salida del SQUID oscila periódicamente con el campo magnético aplicado, permitiendo mediciones de una precisión asombrosa.¹⁴

4.1.2. El Papel del Efecto Túnel Cuántico Macroscópico en la Dinámica del SQUID

La conexión entre el descubrimiento premiado y los SQUID es directa e íntima. El mismo estado cuántico macroscópico, descrito por la fase , que realiza el efecto túnel en el experimento de los laureados, es el que interfiere consigo mismo en un SQUID. La dinámica de la diferencia de fase a través de las uniones, que en última instancia determina la corriente y el voltaje, se rige por los mismos principios de la mecánica cuántica a escala macroscópica. De hecho, el propio John Clarke, uno de los galardonados, utilizó el circuito de su trabajo premiado como base para desarrollar SQUIDs avanzados y de bajo ruido.²⁴

Esta conexión revela una profunda simbiosis tecnológica. El estudio fundamental del efecto túnel cuántico macroscópico proporcionó la comprensión necesaria para perfeccionar los SQUID. A su vez, como veremos, los SQUID se han convertido en herramientas indispensables para leer el estado de los bits cuánticos, que son la aplicación más avanzada de este mismo descubrimiento.

4.1.3. Aplicaciones

La sensibilidad de los SQUID es tal que pueden medir campos magnéticos miles de millones de veces más débiles que el campo magnético de la Tierra.²³ Esta capacidad ha abierto la puerta a una amplia gama de aplicaciones transformadoras. En medicina, la magnetoencefalografía (MEG) utiliza matrices de SQUID para mapear la actividad neuronal en el cerebro con una resolución temporal y espacial sin precedentes, midiendo los diminutos campos magnéticos generados por las corrientes cerebrales. En geofísica, se utilizan para la prospección de minerales y el estudio de formaciones geológicas. En ciencia de materiales, caracterizan las propiedades magnéticas de nuevos compuestos. Y, de manera crucial para la segunda revolución cuántica, los SQUID de bajo ruido son los amplificadores más sensibles disponibles para leer los estados increíblemente débiles de los cúbits superconductores.²⁴

4.2. Cúbits Superconductores: Los Bloques de Construcción de una Computadora Cuántica

4.2.1. El «Átomo Artificial» Realizado

La aplicación más revolucionaria del descubrimiento de Clarke, Devoret y Martinis es, sin duda, el cúbit superconductor. Los niveles de energía cuantizados que observaron en su circuito macroscópico son la base física de un bit cuántico.²¹ En un cúbit superconductor, los dos niveles de energía más bajos del «átomo artificial» se designan como los estados computacionales  (estado fundamental) y  (primer estado excitado).¹⁹

La ventaja decisiva de este «átomo artificial» sobre uno real es su capacidad de diseño y control. Las propiedades del cúbit, como la diferencia de energía entre los estados  y  (que determina su frecuencia de operación), no son fijas, sino que pueden ser ajustadas en tiempo real aplicando corrientes de polarización o flujos magnéticos externos.¹⁹ Esto proporciona un grado de control y flexibilidad que es esencial para construir una computadora cuántica programable.

4.2.2. Controlando el Estado Cuántico mediante el Efecto Túnel

Un cúbit superconductor encarna perfectamente la dualidad de la citación del Nobel. La cuantización de la energía proporciona los sustantivos: los estados estables y discretos  y . El efecto túnel cuántico macroscópico proporciona los verbos: la capacidad de manipular el sistema, de realizar operaciones.

Los cálculos cuánticos se realizan impulsando transiciones controladas entre los estados  y . Esto se logra aplicando pulsos de microondas precisamente sintonizados a la frecuencia de resonancia del cúbit (la diferencia de energía entre los niveles). La capacidad de colocar el cúbit en una superposición de  y  y de realizar compuertas lógicas cuánticas está fundamentalmente controlada por la dinámica del efecto túnel cuántico del estado del sistema en su paisaje de potencial. Finalmente, la lectura del resultado de un cálculo a menudo implica un uso directo del fenómeno de MQT: se manipula el potencial para que el cúbit haga un túnel desde su estado cuántico a un estado clásico con un voltaje medible, revelando si estaba en el estado  o .²⁰

4.2.3. Un Vistazo a las Arquitecturas de Cúbits Superconductores

Los principios fundamentales descubiertos por los laureados han dado lugar a una familia diversa de diseños de cúbits, cada uno optimizado para diferentes aspectos del rendimiento. Los tres tipos principales son el cúbit de fase, el cúbit de flujo y el transmon. Cada diseño representa una elección de ingeniería diferente en la configuración del paisaje de potencial del circuito para equilibrar la capacidad de control con la resistencia al ruido. La siguiente tabla resume sus características clave.

Tabla 2: Resumen de las Principales Arquitecturas de Cúbits Superconductores

Esta diversidad demuestra la riqueza del campo que surgió del trabajo de los laureados. Su descubrimiento no fue un punto final, sino el punto de partida para décadas de innovación en la ingeniería de sistemas cuánticos macroscópicos.

Sección 5: La Trayectoria Futura: Desafíos y Fronteras en los Sistemas Cuánticos Macroscópicos

Esta sección final mirará hacia el futuro, discutiendo los principales obstáculos que deben superarse para realizar todo el potencial de las tecnologías basadas en el efecto túnel cuántico macroscópico, particularmente en la computación cuántica, y explorando las preguntas científicas más amplias que persisten.

5.1. El Camino hacia la Computación Cuántica Tolerante a Fallos

El mayor desafío que enfrenta la computación cuántica superconductora es un fenómeno llamado decoherencia: la pérdida de la frágil información cuántica debido a interacciones no deseadas con el entorno.²⁶ Aquí reside una paradoja central en la ingeniería cuántica macroscópica: la misma naturaleza macroscópica que hace que estos cúbits sean relativamente fáciles de fabricar, conectar y controlar con electrónica clásica también los hace inherentemente más susceptibles al ruido del mundo clásico (vibraciones, fluctuaciones de temperatura, campos electromagnéticos parásitos) que un átomo o ion individual aislado.²⁵

Esta susceptibilidad conduce a tasas de error relativamente altas en las operaciones cuánticas.²⁶ La solución a largo plazo para este problema es la corrección de errores cuánticos (QEC). La QEC es un conjunto de técnicas que utilizan la redundancia para proteger la información cuántica, codificando la información de un único «cúbit lógico» robusto en el estado colectivo de muchos «cúbits físicos» ruidosos.²⁹ Alcanzar el umbral de la computación cuántica tolerante a fallos, donde los errores se pueden corregir más rápido de lo que aparecen, es el objetivo principal que impulsa la investigación actual en el campo y requerirá procesadores con millones de cúbits físicos de alta calidad.²⁶

Este desafío también está redefiniendo la arquitectura de la supercomputación. La decodificación en tiempo real de los códigos de corrección de errores es una tarea computacionalmente intensiva que debe realizarse con una latencia extremadamente baja, utilizando ordenadores clásicos de alto rendimiento. Esto apunta a un futuro en el que las computadoras más potentes no serán puramente cuánticas ni puramente clásicas, sino máquinas híbridas estrechamente integradas. En esta visión de la «supercomputación centrada en lo cuántico», los procesadores cuánticos actuarán como aceleradores especializados, trabajando en un bucle de retroalimentación constante con potentes procesadores clásicos (a menudo acelerados por GPU) que gestionarán el control, la optimización y la corrección de errores.²⁹

5.2. Más Allá de la Computación: El Horizonte en Expansión de la Detección Cuántica

Aunque la computación cuántica acapara la mayor parte de la atención, los principios del efecto túnel cuántico macroscópico continúan impulsando avances revolucionarios en el campo de la detección cuántica. Los SQUID son solo el ejemplo más maduro. La capacidad de crear estados cuánticos macroscópicos que son exquisitamente sensibles a su entorno puede aprovecharse para construir una nueva generación de sensores con una precisión que antes era impensable.

Las aplicaciones potenciales son vastas. Se están desarrollando sensores basados en principios similares para medir la gravedad con una precisión que podría detectar depósitos de agua subterránea o túneles ocultos. Otros podrían funcionar como acelerómetros o giroscopios de una estabilidad sin precedentes para la navegación inercial que no depende del GPS. Los relojes atómicos basados en circuitos superconductores podrían mejorar la sincronización global. A corto y medio plazo, es muy posible que la detección cuántica sea el área donde los sistemas cuánticos macroscópicos ofrezcan el impacto práctico y generalizado más significativo, continuando el legado de sensibilidad extrema iniciado por los SQUID.⁶

5.3. Preguntas sin Respuesta: Sondeando la Frontera Cuántico-Clásica

Finalmente, los sistemas cuánticos macroscópicos siguen siendo un campo de juego increíblemente fértil para la investigación en física fundamental. El trabajo de los laureados abrió una puerta a un nuevo régimen experimental donde las preguntas más profundas sobre la naturaleza de la realidad pueden ser puestas a prueba. Estos sistemas son plataformas ideales para estudiar la transición del comportamiento cuántico al clásico, un proceso que aún no se comprende del todo. Permiten investigar la naturaleza de la medición en la mecánica cuántica: ¿cómo y por qué una medición fuerza a un sistema a «elegir» un resultado definido de entre un mar de posibilidades cuánticas?

Además, a medida que estos sistemas se hacen más grandes y masivos, podrían incluso permitirnos explorar la interacción entre la mecánica cuántica y la gravedad, dos pilares de la física moderna que hasta ahora han resistido todos los intentos de unificación. Al mismo tiempo, otros sistemas físicos, como los condensados de Bose-Einstein (BEC), que son nubes de átomos ultrafríos que se comportan como una única onda de materia, también se están utilizando para explorar el efecto túnel cuántico macroscópico en contextos diferentes, proporcionando nuevas perspectivas sobre este fenómeno fundamental.³² El legado de los laureados no es solo una tecnología, sino una nueva ventana a los misterios más profundos del universo.

Conclusión

El Premio Nobel de Física 2025 honra mucho más que un único descubrimiento aislado. Celebra el momento transformador en que la humanidad pasó de ser un mero observador del extraño y maravilloso mundo cuántico a convertirse en su arquitecto. El trabajo pionero de John Clarke, Michel H. Devoret y John M. Martinis demostró, contra toda intuición clásica, que las reglas de la mecánica cuántica podían ser inscritas en materia tangible y macroscópica. Al construir un circuito eléctrico que se comportaba como un único «átomo artificial», no solo confirmaron predicciones teóricas fundamentales, sino que también proporcionaron la prueba de concepto para toda una nueva era tecnológica.

Su demostración dual del efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un sistema diseñado por el hombre sentó las bases directas para las dos aplicaciones más potentes de la coherencia cuántica macroscópica: los SQUID, que han redefinido los límites de la medición sensible, y los cúbits superconductores, que son el corazón de las computadoras cuánticas más prometedoras de la actualidad. Su legado es una simbiosis tecnológica donde los principios de la física fundamental se han convertido en las herramientas de la ingeniería de vanguardia.

Al hacerlo, abrieron una frontera tecnológica cuyas verdaderas dimensiones apenas comenzamos a explorar. Los desafíos que quedan, como la lucha contra la decoherencia para lograr la computación cuántica tolerante a fallos, son inmensos, pero el camino a seguir fue trazado por sus experimentos seminales. El trabajo de Clarke, Devoret y Martinis transformó la mecánica cuántica de una ciencia de la observación a una ciencia de la creación, entregándonos la capacidad de construir la materia cuántica a voluntad y, con ello, la promesa de un futuro tecnológico radicalmente nuevo.

Obras citadas

1. Nobel Prize 2025: Physics award honours breakthroughs in …, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.indiatoday.in/science/story/nobel-prize-2025-physics-award-winners-john-clarke-michel-h-devoret-john-m-martinis-2799152-2025-10-07
2. Nobel Prize in Physics 2025 winners announced: Who are they, why they won– All details here, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://timesofindia.indiatimes.com/life-style/relationships/work/nobel-prize-2025-in-physics-winners-announced-who-are-they-why-they-won-all-details-here/articleshow/124359794.cms
3. Nobel Prize 2025 in Physics awarded to John Clarke, Michel Devoret and John Martinis for breakthroughs in quantum tunnelling, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://m.economictimes.com/news/science/nobel-prize-2025-in-physics-awarded-to-john-clarke-michel-devoret-and-john-martinis-for-breakthroughs-in-quantum-tunnelling/articleshow/124358709.cms
4. Announcement of the 2025 Nobel Prize in Physics – YouTube, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.youtube.com/watch?v=m9FUkAis62s
5. Nobel Prize in Physics 2025: From wavelet theory to ‘invisibility cloak’ – meet the top contenders, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://timesofindia.indiatimes.com/science/nobel-prize-in-physics-2025-from-wavelet-theory-to-invisibility-cloak-meet-the-top-contenders/articleshow/124354895.cms
6. Nobel Prize in Physics goes to 3 scientists whose work advanced quantum technology, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://apnews.com/article/nobel-prize-physics-e74ee2acf652259cf268cc1d48873e14
7. Quantum tunnelling – Wikipedia, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnelling
8. Tunneling – Chemistry LibreTexts, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/02._Fundamental_Concepts_of_Quantum_Mechanics/Tunneling
9. 7.7: Quantum Tunneling of Particles through Potential Barriers …, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_III_-_Optics_and_Modern_Physics_(OpenStax)/07%3A_Quantum_Mechanics/7.07%3A_Quantum_Tunneling_of_Particles_through_Potential_Barriers
10. Quantum Tunneling Overview, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://spot.colorado.edu/~rehnd/heuristics/pdf/tunnelingSummary.pdf
11. An Introduction to Quantum Tunneling – AZoQuantum, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.azoquantum.com/Article.aspx?ArticleID=12
12. Quantum Tunneling Explained in Simple Words for Beginners – YouTube, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.youtube.com/watch?v=oPwd5bNMo0Q
13. Press release: Nobel Prize in Physics 2025 – NobelPrize.org, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2025/press-release/
14. Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) – UBC Physics & Astronomy, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://phas.ubc.ca/~berciu/TEACHING/PHYS502/PROJECTS/17SQUID.pdf
15. Josephson effect – Wikipedia, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Josephson_effect
16. Principles and Applications of Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs) | PhysLab, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://physlab.org/wp-content/uploads/2016/04/Squid.pdf
17. Macroscopic quantum tunneling in quartic and sextic potentials: Application to a phase qubit | Phys. Rev. B – Physical Review Link Manager, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.85.104522
18. Toward a superconducting quantum computer: Harnessing macroscopic quantum coherence – PMC, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3417795/
19. Phase qubit – Wikipedia, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_qubit
20. Entangled Macroscopic Quantum States in Two Superconducting Qubits – W2AGZ, fecha de acceso: octubre 7, 2025, http://www.w2agz.com/Library/Quantum%20Computing/UMD/berkleySciencexpress.pdf
21. EXPERIMENTS ON SUPERCONDUCTING JOSEPHSON PHASE QUANTUM BITS – Uni Ulm, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.220/lehre/QIV_SS2009/dr_lisenfeld.pdf
22. A 4 Superconducting Qubits – Engineering Quantum Systems Group, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://equs.mit.edu/wp-content/uploads/2016/11/SC_qubits_Oliver_IFF_Spring_School_20140330.pdf
23. SQUID – Wikipedia, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/SQUID
24. John Clarke, UC Berkeley emeritus professor, awarded 2025 Nobel …, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://news.berkeley.edu/2025/10/07/john-clarke-uc-berkeley-emeritus-professor-awarded-2025-nobel-prize-in-physics/
25. Quantum State Engineering with the rf-SQUID – arXiv, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0307101
26. Superconducting Quantum Computing: The Future of Qubits – SpinQ, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.spinquanta.com/news-detail/superconducting-quantum-computing-the-future-of-qubits20250214101534
27. Quantum Computing: Navigating the Future of Computation, Challenges, and Technological Breakthroughs – MDPI, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.mdpi.com/2624-960X/6/4/39
28. Quantum Computing: Potential and Challenges ahead – Plain Concepts, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.plainconcepts.com/quantum-computing-potential-challenges/
29. How Quantum Computing’s Biggest Challenges Are Being Solved With Accelerated Computing | NVIDIA Blog, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://blogs.nvidia.com/blog/how-quantum-computings-biggest-challenges-solved-accelerated-computing/
30. The future of quantum computing with superconducting qubits | Journal of Applied Physics, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://pubs.aip.org/aip/jap/article/132/16/160902/2837574/The-future-of-quantum-computing-with
31. Quantum Computing Companies in 2025 (76 Major Players), fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://thequantuminsider.com/2025/09/23/top-quantum-computing-companies/
32. (PDF) Macroscopic Matter Wave Quantum Tunneling – ResearchGate, fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.researchgate.net/publication/337560320_Macroscopic_Matter_Wave_Quantum_Tunneling
33. Macroscopic Quantum Tunneling – Scirp.org., fecha de acceso: octubre 7, 2025, https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=26871