De la escalera subatómica a la macroescala

Clarke, Devoret y Martinis fueron los primeros en demostrar que los enseres cuánticos, como los túneles cuánticos y la cuantificación de energía, pueden proceder en escalas macroscópicas, no sólo una partícula a la vez.

Posteriormente de obtener su doctorado en la Universidad de Cambridge, Clarke llegó a la Universidad de California, Berkeley, como posdoctorado, y finalmente se unió a la talento en 1969. A mediados de la división de 1980, Devoret y Martinis se habían unido al laboratorio de Clarke como posdoctorado y estudiante de posgrado, respectivamente. El trío decidió despabilarse evidencia de túneles cuánticos macroscópicos utilizando un circuito especializado llamado unión Josephson, un dispositivo macroscópico que aprovecha un propósito de túnel que ahora se usa ampliamente en computación cuántica, detección cuántica y criptografía.

Una unión Josephson, que lleva el nombre del físico britano Brian Josephson, que ganó el Premio Nobel de Física en 1973, consiste básicamente en dos piezas semiconductoras separadas por una barrera aislante. A pesar de este pequeño espacio entre dos conductores, los electrones aún pueden atravesar el aislante y crear una corriente. Esto ocurre a temperaturas suficientemente bajas, cuando la unión se vuelve superconductora a medida que los electrones forman los llamados “pares de cobre“.

El equipo construyó un oscilador basado en un circuito eléctrico en un microchip que medía aproximadamente un centímetro de tamaño, esencialmente una interpretación cuántica del péndulo clásico. Su maduro desafío fue descubrir cómo sujetar el ruido en su artilugio real. Para sus experimentos, primero alimentaron una corriente débil en la unión y midieron el voltaje, inicialmente cero. Luego aumentaron la corriente y midieron cuánto tiempo le tomó al sistema salir de su estado cerrado para producir voltaje.

Tomaron muchas mediciones y descubrieron que la corriente promedio aumentaba a medida que bajaba la temperatura del dispositivo, como se esperaba. Pero en algún momento, la temperatura bajó tanto que el dispositivo se volvió superconductor y la corriente promedio se volvió independiente de la temperatura del dispositivo, una firma reveladora de túneles cuánticos macroscópicos.