Imagina por un momento el desafío que representó para el francés Michel H. Devoret, el británico John Clarke y el estadounidense John M. Martinis, quienes fueron distinguidos con el Premio Nobel de Física. Para comprender su logro monumental, necesitaríamos sumergirnos en el mundo fascinante de la mecánica cuántica, un campo que resulta ser tan complejo como intrigante. Estos científicos fueron reconocidos por su trabajo sobre el “efecto túnel cuántico macroscópico” y la “cuantización de la energía en un circuito eléctrico”.
El tema es formidablemente complejo, pero el esfuerzo de adentrarse en él bien lo merece. La simplicidad con que un investigador argentino logró explicar estos galardones con un enfoque innovador y sencillo es ejemplar. Este experto trabaja en estrecha colaboración con un colega de Devoret, parte del trío laureado con el Nobel.
Contribuciones significativas de los investigadores argentinos
Fernando Lombardo, destacado investigador del Conicet y profesor de electrodinámica cuántica de circuitos en la Universidad de Buenos Aires, es uno de los tres especialistas en Argentina dedicados a esta área. Su trabajo es fundamental para comprender lo que hoy conocemos como mecánica cuántica. ¿En qué consiste esta disciplina?
Para entender la base de la mecánica cuántica se debe tener una disposición casi imaginativa. Es difícil de creer que el mundo cuántico sea tan auténtico y que impulsa avances tecnológicos que tienen en vilo a las grandes potencias globales.
El progreso en este ámbito ha permitido avances significativos en la tecnología moderna, tales como computadoras y teléfonos celulares, cuyo fundamento descansa en investigaciones llevadas a cabo por estos científicos en la década de 1980. La mecánica cuántica, un área de estudio desarrollada hace aproximadamente cien años por Niels Bohr, sigue generando hallazgos extraordinarios.
La naturaleza cuántica de lo cotidiano
Consideremos una analogía: ¿qué sucede con un filete de carne bajo diversas condiciones? Lo calentamos, aplastamos, sumergimos o congelamos, y podemos fácilmente predecir sus posibles transformaciones. Sin embargo, en el ámbito cuántico, estas previsiones no son tan intuitivas.
Las leyes de la física convencional no son aplicables en condiciones cuánticas. Cuando hacemos pequeñas las condiciones para un filete, estas pierden su fuerza explicativa. Sin embargo, bajo la perspectiva cuántica, surge algo nuevo y sorprendente.
Desde hace un siglo, las exploraciones científicas nos han mostrado que existen leyes diferentes que se cumplen bajo condiciones específicas en la mecánica cuántica. Cuando sometemos un objeto común a estas condiciones, experimenta cambios reales pero difíciles de concebir desde nuestra lógica.
La novedad cuántica: de lo pequeño a lo grande
Ahora cambiemos nuestro ejemplo a partículas fundamentales como los átomos. La investigación del siglo pasado demostró que necesitábamos una nueva física, la cuántica, para explicar su comportamiento. Fernando Lombardo explicó que las explicaciones clásicas fallaron hasta que Bohr reveló la “cuantización de la energía”.
En el mundo cuántico, los átomos no siguen un patrón continuo de energía como lo haría la temperatura en una sala. En su lugar, esta energía se presenta de manera discreta. Captar esto exige una reevaluación de nuestro sentido común.
Una vez aceptamos esta premisa, surge otra: la materia se comporta ondulatoriamente bajo ciertas condiciones. Si un átomo es lanzado a una pared, no se comporta como esperaríamos. En el mundo cuántico, podría atravesar el obstáculo.
La cuestión esencial que los científicos buscaban era ver si el comportamiento cuántico observable a nivel microscópico podía escalarse. Este fue el desafío que asumieron los ganadores del Nobel.
El hallazgo revolucionario fue ver si estas leyes podrían aplicarse a sistemas de mayor escala. Los laureados lograron demostrar que un conjunto de átomos podía comportarse según las reglas cuánticas.
Estas condiciones cuánticas requieren aislamiento casi total y especificidad extrema, condiciones que los científicos recrearon en laboratorio, potenciando la física cuántica.
Superconductores y avances tecnológicos
Con tecnología cuántica como base, los circuitos superconductores emergieron como clave en la evolución tecnológica. A diferencia de los semiconductores convencionales, los superconductores minimizan la pérdida de energía.
Esto permite un rendimiento efectivo en sistemas tecnológicos avanzados, como las computadoras cuánticas. Los premiados experimentaron con circuitos a bajas temperaturas usando condiciones cuánticas, mostrando así la aplicación práctica de la cuántica en gran escala.
Al confeccionar sistemas cuánticos manejables, lograron demostrar el “efecto túnel”, un fenómeno donde los electrones pasan a través de barreras de modo prácticamente imposible en contextos no cuánticos.
Finalmente, como explicó Lombardo, esta arquitectura cuántica ha abierto la puerta a la tecnología del futuro, rompiendo barreras entre la física clásica y la cuántica, clarificando el límite entre lo microscópico y lo macroscópico.