“Le dimensioni contano”: Premio Nobel per la fisica 2025 all’esperimento che dà vita al computer quantistico

Il Premio Nobel per la fisica 2025 è stato assegnato a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis , tre fisici che hanno raggiunto l'impensabile: dimostrare che le leggi della meccanica quantistica si applicano anche a scala umana. La loro scoperta ha segnato una svolta nella storia della scienza moderna e ha aperto la strada all'informatica quantistica.

Secondo una dichiarazione della Royal Swedish Academy of Sciences, i vincitori hanno ricevuto il premio "per la scoperta dell'effetto tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell'energia in un circuito elettrico".

In parole povere, sono riusciti a far sì che un circuito delle dimensioni di una moneta si comportasse come una particella quantistica, dimostrando che il mondo invisibile degli atomi può essere reso visibile e misurabile.

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Nei loro esperimenti, condotti nel 1984 e nel 1985, costruirono un piccolo circuito fatto di superconduttori (materiali che conducono elettricità senza resistenza) e lo separarono con un sottile strato isolante chiamato giunzione Josephson. Questa struttura permise loro di osservare come la corrente elettrica potesse "fare tunnel", ovvero attraversare una barriera energetica. senza avere abbastanza forza per farlo.

"I suoi esperimenti hanno rivelato la fisica quantistica in azione", si legge nel testo ufficiale del premio Nobel.

In condizioni normali, gli elettroni si comportano come particelle individuali. Ma in un superconduttore, si raggruppano in coppie (chiamate coppie di Cooper) che agiscono in modo sincrono, come se fossero un'unica particella gigante.

Il team di Berkeley ha dimostrato che questa "superparticella" poteva essere intrappolata in uno stato stabile e poi fuoriuscire attraverso l'effetto tunnel quantistico, generando una piccola tensione. Inoltre, quando il sistema è stato esposto alle microonde, hanno scoperto che assorbiva solo determinate frequenze specifiche, dimostrando che l'energia all'interno del circuito era quantizzata, cioè suddivisa in "pacchetti" discreti.

"Hanno dimostrato che il sistema assorbe ed emette energia in quantità esatte, proprio come previsto dalla meccanica quantistica", ha spiegato l'Accademia svedese.

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Sebbene gli esperimenti risalgano agli anni '80, il loro impatto si è esteso ben oltre. John Martinis ha poi utilizzato gli stessi principi per sviluppare i primi bit quantistici superconduttori (qubit), la base del moderno calcolo quantistico.

Un qubit può rappresentare sia uno 0 che un 1, a differenza dei bit tradizionali, che possono rappresentare solo uno o l'altro. Questa proprietà, chiamata sovrapposizione , è ciò che promette di rivoluzionare la potenza di calcolo e l'intelligenza artificiale in futuro.

"Questo tipo di stato quantistico macroscopico offre nuove potenzialità per la tecnologia del futuro", ha osservato il comitato del Nobel.

La cosa sorprendente di questa scoperta è che abbatte il confine tra fisica quantistica e fisica classica. Fino a pochi decenni fa, gli scienziati pensavano che le leggi quantistiche si applicassero solo al mondo subatomico. Clarke, Devoret e Martinis hanno dimostrato che possono esistere anche in oggetti abbastanza grandi da poter essere tenuti in mano.

Il fisico Olle Eriksson, presidente del Comitato Nobel, ha riassunto il tutto con una frase che racchiude la portata della scoperta:

“È meraviglioso celebrare come la meccanica quantistica, vecchia più di un secolo, continui a offrire sorprese e utilità.”