Efecto túnel mecánico cuántico macroscópico: un descubrimiento que impulsa la ciencia local

Hito se celebró con el Premio Nobel de Física y es clave para el desarrollo de investigaciones de Frontera del MIRO UdeC.

Un impulso a la evolución científica y tecnológica ha sido el descubrimiento del efecto túnel mecánico cuántico macroscópico, hito por el que se concedió el Premio Nobel de Física 2025 a los investigadores de Estados Unidos John Clarke, Michel Devoret y John Martinis, en el mismo año en que la física o mecánica cuántica celebra su centenario.

Según un comunicado oficial, el jurado del galardón celebró al trabajo como el inicio de una revolución que ha abierto notables oportunidades para el desarrollo de la próxima generación de tecnologías cuánticas, como poderosas computadoras.

Estos avances también promueven el desarrollo de ciencia de frontera a nivel local, como la del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) que lidera la Universidad de Concepción (UdeC) e integra a las universidades de Chile, de Santiago, Católica de Chile y de Los Andes. Este centro tiene su origen en 2003 en la investigación e interés de un grupo UdeC, siguiendo hoy líneas de avanzada como la computación cuántica que se nutren innegablemente de este reciente Nobel, materia que aborda su director Aldo Delgado.

Efecto para el Nobel

Para comprender los avances, primero hay que saber que la física clásica funciona muy bien para predecir y comprender a la naturaleza a nivel macroscópico, pero no con lo microscópico. Así surgió hace 100 años la teoría cuántica.

“La mecánica cuántica ha resultado ser muy exitosa en su descripción de la naturaleza, permitiendo predecir con un alto grado de precisión el comportamiento de la naturaleza y aportar al desarrollo por medio de la aparición de nuevas tecnologías de amplio alcance como los circuitos integrados, el láser, y la resonancia nuclear magnética”, explica el doctor Delgado, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la UdeC.

Desde allí, el físico explica que el efecto túnel mecánico cuántico ocurre cuando una partícula atraviesa una barrera, aun cuando no tiene la energía necesaria para hacerlo desde el punto de vista clásico. “Este fenómeno ocurre con una pequeña probabilidad y típicamente en sistemas aislados e individuales”, precisa.

No obstante, el reciente Nobel de Física se concedió por la tunelización macroscópica, donde una gran cantidad de partículas se comportan como una sola y experimentan el efecto túnel.

“Típicamente los efectos cuánticos se manifiestan en números bajos de partículas; mientras más partículas formen un sistema las características cuánticas tienden a diluirse. Los ganadores del Nobel lograron llegar el efecto túnel a un régimen de muchas partículas”, releva. “Además, el efecto túnel macroscópico mostró la posibilidad de manipular controladamente las propiedades cuánticas de los sistemas”, destaca.

Al respecto, el científico cuenta que una situación similar sucede con el descubrimiento de los condensados de Bose-Einstein. Se trata de una predicción de la mecánica cuántica en la que cientos de miles de partículas se comportan como una, y la compleja realización experimental del efecto también fue premiado con un Nobel.

Revolución tecnológica

El hito ha propulsado una revolución tecnológica.

Delgado expone que para realizar el efecto túnel cuántico se requirió desarrollar tecnologías nuevas, destacando la creación de circuitos superconductores, sistemas donde la corriente eléctrica circula sin la existencia de resistencia, y típicamente están construidos con materiales especialmente diseñados y enfriados a temperaturas muy bajas cercanas al 0 absoluto.

En este sentido, destaca como uno de los grandes avances al desarrollo de los qubits superconductores, concebidos como la contraparte cuántica de los bits clásicos, que son la unidad mínima de datos y la base de toda la informática, empleados también para almacenar información.

“Los qubits superconductores son una de las principales tecnologías empleadas actualmente para el desarrollo de los computadores cuánticos, un nuevo paradigma de cálculo que promete aumentar la capacidad para resolver problemas complejos”, sostiene el académico UdeC.

También releva otras aplicaciones como la medición precisa de campos magnéticos, sensado cuántico y criptografía cuántica.

De avances para el Nobel a la investigación del MIRO

Y la computación cuántica es uno de los campos en los que desarrollan estudios especialistas que integran el plantel del MIRO, un área que notablemente debe gran parte de su desarrollo a las ideas derivadas de los sistemas en el efecto túnel macroscópico, en particular en los qubits superconductores.

“En esta área nos preocupamos especialmente de proponer algoritmos cuánticos eficientes que puedan ser implementados con las tecnologías actualmente disponibles, de modo que un conocimiento detallado y al día es un requisito indispensable. Esto es un desafío en sí, puesto que la tecnología evoluciona rápidamente en esta área”, sostiene el doctor Aldo Delgado, director del MIRO y académico del Departamento de Física UdeC.

Al respecto, ahonda en que entre los resultados interesantes derivados del avance que se celebran con el Premio Nobel de Física 2025 está la capacidad de construir sistemas cuánticos artificiales que puedan ser manipulados por largo tiempo y sigan preservando sus características cuánticas.

“Hoy en día en MIRO trabajamos en las llamadas metasuperficies y su posibilidad para ser utilizadas como tecnología base para comunicaciones y computación cuántica”, releva en este sentido.

No son los únicos estudios del centro de excelencia local permeados por hallazgos celebrados con los recientes Premios Nobel, además de varios previos que han distinguido hitos en torno a la física cuántica, por ejemplo.

Este año también hay un vínculo con el Premio Nobel de Química 2025 que reconoció el desarrollo de las estructuras metalorgánicas, que resultan de la unión de compuestos orgánicos y metales para construir materiales con espacios o porosidades por donde se puede absorber o dejar fluir cualquier sustancia con distintos usos específicos.

“Los compuestos metalorgánicos son una área de desarrollo teórico y experimental en el MIRO a cargo de los doctores Dinesh Singh y Felipe Herrera de la Universidad de Santiago de Chile, que aplicamos al desarrollo de materiales con nuevas propiedades ópticas”, sostiene el doctor Delgado.

A partir de los trabajos en estos ámbitos es que se pueden proyectar interesantes resultados, aportando desde la ciencia local a avances de trascendencia global.