Il Nobel per la fisica 2025 è stato attribuito a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis per “per la scoperta dell’effetto tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”.
Il riconoscimento premia le ricerche di Clarke, Devoret e Martinis per aver dimostrato che un circuito elettrico, nella fattispecie un circuito superconduttivo a basse temperature, si comporta seguendo le leggi della meccanica quantistica e non quelle della meccanica classica, mostrando effetti quantistici come il cosiddetto effetto tunnel.
“In fisica classica, una particella non può superare un ‘ostacolo energetico’ – detto barriera di potenziale – se non possiede un’energia superiore all’altezza dell’ostacolo stesso”, spiega Marco Ciuchini, fisico teorico dell’INFN e componente della Giunta Esecutiva dell’Istituto. “Ma in meccanica quantistica esiste una probabilità esponenzialmente piccola che una particella riesca ad attraversare un ostacolo arbitrariamente alto. Questo attraversamento di una barriera di energia potenziale classicamente inaccessibile da parte di una particella prende il nome di effetto tunnel”.
La scoperta premiata oggi con il Nobel per la Fisica ha avuto un impatto significativo e ha condotto a diverse applicazioni, tra le quali lo sviluppo della piattaforma superconduttiva per realizzare qubit, le unità fondamentali di informazione dei computer quantistici. Inoltre, ha aperto la strada alla possibilità di ingegnerizzare, così come accade con l’elettronica dei semiconduttori, dispositivi che, sfruttando le leggi della meccanica quantistica, possono ottenere prestazioni non raggiungibili altrimenti.
“L’INFN è impegnato nelle ricerche sulle tecnologie quantistiche: lavora, per esempio, allo sviluppo di qubit superconduttivi e dei relativi sistemi di controllo, oltre che di algoritmi di calcolo quantistico che vengono testati su calcolatori quantistici, tra i quali quelli basati su qubit superconduttivi”, sottolinea Concezio Bozzi, ricercatore dell’INFN della Sezione di Ferrara. “Queste attività vengono condotte anche attraverso lo spoke10 del Centro Nazionale di Ricerca in HPC, Big Data e Quantum Computing ICSC e la partecipazione al partenariato esteso NQSTI”.
Ma questi studi trovano anche, forse un po’ sorprendentemente, applicazione in settori come la ricerca di materia oscura.
“L’INFN è impegnato nello sviluppo di dispositivi superconduttivi che mostrano il comportamento di atomi artificiali per la ricerca di materia oscura, in particolare di materia oscura ultraleggera”, spiega Claudio Gatti ricercatore dell’INFN ai Laboratori Nazionali di Frascati. “Questo tipo di materia oscura si comporta come un’onda radio il cui segnale può essere captato con particolari antenne operanti a temperature criogeniche, come quelle dell’esperimento QUAX ai Laboratori Nazionali di Legnaro e di Frascati dell’INFN. Il segnale che dovrebbe essere prodotto dalla materia oscura è così flebile che richiede, per poter essere rivelato, l’utilizzo di circuiti superconduttivi quantistici, proprio in virtù della loro estrema sensibilità. La possibilità di ingegnerizzare i circuiti superconduttivi permette di adattarli, a differenza degli atomi esistenti in natura, alle esigenze particolare dell’esperimento e di indagare l’esistenza di materia oscura ultraleggera di tipologia e con caratteristiche diverse”.
Per scoprire di più sul Nobel per la fisica 2025 seguici alle 18.00 nella diretta assieme a ICSC sul canale YouTube dell’INFN
