En la física clásica, si un objeto no posee energía suficiente para superar una barrera —por ejemplo, una partícula que trata de cruzar un muro de potencial— se esperaría que dicho objeto rebote o quede atrapado frente a la barrera. Sin embargo, la mecánica cuántica predice un fenómeno sorprendente: existe una probabilidad finita de que la partícula aparezca al otro lado de la barrera sin haber contado con la energía clásica necesaria para cruzarla. Este fenómeno es lo que se denomina efecto túnel cuántico.

Desde el punto de vista formal, el efecto túnel puede entenderse al resolver la ecuación de onda de Schrödinger para una región de potencial en la que la energía de la partícula es menor que el potencial de la barrera. En esa región clásica prohibida, la solución general corresponde a una función de onda exponencial decreciente, no oscilatoria. Esa decaída no implica un valor cero del módulo al otro lado de la barrera, lo que conlleva que, con cierta probabilidad, la función de onda existe del otro lado y la partícula puede “emerger” allí. En otras palabras, la función de onda se “filtra” a través del obstáculo. El resultado es que la probabilidad de encontrar la partícula al otro lado es pequeña, pero no nula. Técnicamente, la tasa de transmisión depende del grosor y altura efectiva de la barrera, así como de la masa de la partícula y su energía.

Este efecto no es un artificio puramente teórico, sino que se manifiesta en diversos fenómenos reales. Por ejemplo, explica ciertas formas de desintegración radiactiva de núcleos atómicos, donde una partícula alfa “tunea” fuera del núcleo aun cuando, por energía clásica, no podría escapar. También es esencial en dispositivos de electrónica cuántica, como los diodos túnel y los microscopios de efecto túnel (STM), que aprovechan este paso cuántico de electrones para “ver” superficies con resolución atómica.

Hasta hace pocas décadas, todas las manifestaciones del túnel cuántico se observaban en sistemas microscópicos o mesoscópicos, es decir, con pocas partículas implicadas o escalas muy pequeñas. La razón es que cuando las dimensiones del sistema crecen —o cuando muchas partículas están involucradas— los efectos cuánticos tienden a “promediarse” o decaer: la coherencia cuántica se ve degradada por interacciones con el entorno, ruido, decoherencia o efectos térmicos. Por ello, la transición entre el mundo cuántico y el mundo “clásico” ha sido objeto de grandes interrogantes: ¿hasta qué escala pueden manifestarse fenómenos intrínsecamente cuánticos?

El experimento macroscópico y su relevancia: el Premio Nobel de Física 2025

El Premio Nobel de Física 2025 fue otorgado a los científicos John Clarke, Michel Devoret y John Martinis por sus experimentos que hicieron evidente el efecto túnel cuántico en objetos macroscópicos. En términos más precisos, se les reconoció por el descubrimiento del túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico superconductivo. Este logro conecta el reino cuántico microscópico con sistemas suficientemente grandes como para manipularlos en el laboratorio, ampliando el alcance de las predicciones cuánticas hacia escalas más “clásicas”.

Durante la década de los ochenta, estos investigadores diseñaron un circuito superconductor que consistía en dos regiones superconductoras separadas por una delgada barrera aislante: una configuración conocida como unión de Josephson. En esa barrera, la corriente no podía circular clásicamente, pues se trataba de un interruptor cuántico que bloqueaba el paso directo de carga. Lo notable fue que estos científicos lograron observar que, aun cuando el sistema no disponía de energía clásica suficiente para “superar” la barrera, podía producirse un “salto” cuántico colectivo de todo el sistema, desencadenando un voltaje mensurable. Ese salto corresponde a que el estado “apagado” (sin tensión) del circuito escapara mediante túnel cuántico hacia un estado “encendido” (con tensión) sin el impulso clásico necesario.

Un aspecto crítico en esos experimentos fue que la unión superconductora contenía miles de millones de pares de Cooper (pares de electrones que se comportan como una entidad cuántica colectiva). En ese sentido, todo el circuito se comportaba como una única “partícula cuántica macroscópica”. La demostración de que ese estado provoca un paso cuántico colectivo —y no solo de una partícula aislada— fue lo que marcó la diferencia frente a experimentos anteriores. Además, mostraron que ese paso obedecía las leyes probabilísticas propias de la mecánica cuántica, y que los niveles de energía del sistema estaban cuantizados: es decir, el sistema solo podía asumir ciertos valores discretos de energía, no un continuo arbitrario.

Este hallazgo tiene profundo valor conceptual, pues extiende la validez de las leyes cuánticas hacia sistemas complejos, abordando la pregunta de hasta dónde pueden persistir los efectos cuánticos frente a la inevitable interacción con el entorno. Por otra parte, el experimento sienta las bases para nuevas tecnologías que aprovechan estos principios.

Las implicaciones tecnológicas ya son visibles: los circuitos superconductores con uniones de Josephson son componentes centrales en muchas de las arquitecturas propuestas para cúbits superconductores, uno de los enfoques más prometedores para construir ordenadores cuánticos. Gracias al conocimiento experimental que permite controlar estados cuánticos colectivos y evitar la decoherencia, la comunidad científica puede avanzar hacia dispositivos prácticos de información cuántica. También incide en el desarrollo de sensores cuánticos extremadamente sensibles, cripto­grafía cuántica y otros sistemas que requieren manipulación precisa del comportamiento cuántico a gran escala.

Desafíos, perspectivas futuras y significado conceptual

Aunque el experimento de Clarke, Devoret y Martinis representa un hito, queda un camino por recorrer para integrar plenamente estos efectos cuánticos macroscópicos en tecnología funcional. Un desafío principal es el control de la decoherencia, que consiste en la pérdida de pureza cuántica del sistema debido a las interacciones con el entorno (vibraciones, fluctuaciones térmicas, ruido electromagnético). En sistemas con muchas partículas, minimizar esas perturbaciones es complejo. Cualquier acoplamiento no deseado con el entorno tiende a “colapsar” la superposición cuántica hacia estados clásicos, borrando la posibilidad del túnel cuántico coherente.

Otro reto es la correcta escalabilidad: para que los circuitos cuánticos sean útiles, deben poder aumentarse en número de qubits, comunicarse entre sí y mantener su coherencia durante suficientes ciclos operacionales. La experiencia experimental sobre túnel macroscópico proporciona lecciones valiosas sobre cómo diseñar barreras de protección, aislamientos y estructuras que favorezcan la persistencia del estado cuántico colectivo.

Desde el punto de vista conceptual, el reconocimiento del efecto túnel macroscópico refuerza la idea de que la frontera entre el mundo cuántico y el clásico no es una división rígida, sino más bien una transición gradual. Los fenómenos cuánticos —como superposición, entrelazamiento y túnel— pueden, en ciertas condiciones, “escalar” hacia sistemas más grandes, siempre que se preserve la coherencia cuántica. En ese sentido, los experimentos del premio Nobel contribuyen a desdibujar esa frontera tradicional y muestran que las leyes del mundo subatómico no son exclusivas de escalas diminutas, sino que pueden expresarse también en sistemas compuestos, bajo el control adecuado.

En el horizonte, se vislumbran posibles aplicaciones revolucionarias: ordenadores cuánticos más robustos, sensores capaces de medir campos magnéticos o gravitatorios con sensibilidad sin precedentes, o enlaces de comunicaciones cuánticas invulnerables a escuchas externas. Pero más allá de lo técnico, lo esencial es la confirmación experimental de que la extrañeza cuántica puede manifestarse en objetos “grandes” si se construyen con suficiente precisión y aislamiento.

Finalmente, el premio también tiene un valor simbólico: subraya que muchas de las tecnologías del futuro —computación cuántica, criptografía, detección ultrasensible— descansan sobre fenómenos que, tiempo atrás, parecían meras curiosidades teóricas. El efecto túnel cuántico, que nació en las formulaciones fundacionales de la mecánica cuántica, hoy es protagonista no solo del mundo microscópico, sino de dispositivos tangibles. Y eso nos invita a seguir explorando con audacia los límites del universo cuántico, con la esperanza de que lo inimaginable se convierta algún día en lo cotidiano.

Referencias

Cranberry. (2022). QuantumTunnel.jpg. (Wikimedia Commons. [Imagen].
​https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:QuantumTunnel.jpg&oldid=673001106​

Fernández Aguilar, E. (2025, 7 de octubre). Premio Nobel de Física 2025: al efecto túnel cuántico macroscópico. Muy Interesante.
​https://www.muyinteresante.com/ciencia/premio-nobel-fisica-2025-clarke-devoret-martinis-efecto-tunel.html​

Hernández, A. y Rannard, G. (2025, 7 de octubre). Los 3 científicos que ganaron el Nobel de Física 2025 por hacer que "las extrañas propiedades del mundo cuántico" funcionen en un chip. BBC Mundo.
​https://www.bbc.com/mundo/articles/clyd77ln4pmo​

MaximeMartinez. (2020). Quantum_tunneling_in_phase_space.gif. [GIF].
​https://en.wikipedia.org/wiki/File:Quantum_tunneling_in_phase_space.gif​

Redacción Clarín. (2025, 7 de octubre). Qué es el efecto túnel cuántico macroscópico premiado en el Nobel Física: la comparación con una pelota de tenis que atraviesa una pared. Clarín.
​https://www.clarin.com/sociedad/efecto-tunel-cuantico-macroscopico-premiado-nobel-fisica-comparacion-pelota-tenis-atraviesa-pared_0_eg1Hg4rCUY.html#google_vignette​

Trixler F. (2013). Quantum tunnelling to the origin and evolution of life. Curr Org Chem., 17(16), 1758-1770. doi: 10.2174/13852728113179990083. PMID: 24039543; PMCID: PMC3768233.

Felipe Chavarro
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