En el centenario de la mecánica cuántica moderna, el Comité Nobel ha premiado este año con su prestigioso galardón de física a un experimento que demostró cómo funcionan a grandes escalas los efectos cuánticos, incluyendo el funcionamiento de tu smartphone.
De hecho, las implicaciones del ganador de este año – la tunelización cuántica – van mucho más allá.
John Clarke, Michel Devoret y John Martinis llevaron a cabo sus primeros experimentos en 1984 y 1985, pero su trabajo ha tenido un impacto perdurable y se convirtió en “el fundamento de toda la tecnología digital”, según Olle Eriksson, Presidente del Comité Nobel de Física, en declaraciones.
Pero ¿qué es la tunelización cuántica, y cómo es que ha traído este plano tan bizarro de la física a nuestros dispositivos de uso cotidiano? Sigue leyendo y sabrás por qué es tan importante.
La tunelización cuántica
Imagina que arrojas una pelota de tenis contra un muro. Los milenios de observaciones científicas y también anecdóticas enseñan que es probable que la pelota rebote contra el muro. Pero en el mundo cuántico ese no es siempre el caso. Allí, la pelota podría atravesar el muro y aparecer por el otro lado, fenómeno que se conoce como “tunelización”.
El tamaño es un concepto tramposo en la mecánica cuántica, pero dicho de manera muy simple, las escalas “microscópicas” en este contexto en general se refieren al tamaño de una partícula. En contraste, “macroscópico” hace referencia a una gran cantidad de partículas. Los efectos de la mecánica cuántica parecen desvanecerse en la escala macroscópica y por eso la pelota de tenis, compuesta por miles de millones de partículas, no pasa a través del muro.
Sin embargo, el experimento ganador del Nobel creó un circuito superconductor altamente sofisticado que permitió que los electrones que hay dentro se muevan por el sistema como si fueran una partícula única que llena todo el circuito. Los electrones del sistema pasaron como por un túnel a través de una delgada capa de material no conductor y por eso el circuito, que los investigadores describieron como “lo suficientemente grande como para tocarlo con los dedos”, es una demostración macroscópica de un fenómeno microscópico o cuántico.
Tu smartphone
Hay que aclarar que todavía no existen los dispositivos superconductores, pero el chip que hay en tu teléfono, aunque es un semiconductor y no un superconductor, utiliza lo aprendido del experimento de tunelación para funcionar. Lo mismo sucede con los transistores, los experimentos nucleares y, por supuesto, con la computación cuántica.
La tunelación les enseñó a los ingenieros cómo se filtra la energía a partir de una integración a muy grande escala, proceso del que provienen los complejos transistores y chips semiconductores. Específicamente, la tunelación representa un “límite de la física” para el tamaño mínimo de una característica en un chip.
La ciencia también aplicó principios de la tunelación cuántica para fabricar células solares de nueva generación, y los microscopios escáner de tunelación, instrumentales en varios de los avances de la física, también se crearon con el concepto de la tunelación cuántica.
La tunelación también se considera parte esencial de cualquier experimento de fusión nuclear. Para lograr la reacción de fusión, las partículas individuales tienen que vencer a su tendencia natural de repelerse unas a otras, y al dirigir la tunelación, los físicos han podido eludir en parte este obstáculo.
No todas estas aplicaciones se hacen evidentes de inmediato. Clarke, uno de los ganadores de física de este año, admitió el martes en una conferencia de prensa que quedó “totalmente atónito” porque “jamás se me habría ocurrido que esto podría ser la base de un premio Nobel”.
No hay duda de que este trabajo ganador del Nobel demuestra a la perfección la notable presencia de la mecánica cuántica en nuestras vidas cotidianas. ¡Justo a tiempo para el Año Internacional de la Cuántica!
El Presidente del Comité Nobel de Física, Eriksson, dijo: “Es maravilloso poder celebrar la forma en que la centenaria mecánica cuántica sigue ofreciendo continuamente sorpresas nuevas. Y además, es enormemente útil”.
