Il Premio Nobel Fisica 2025 a Clarke, Devoret e Martinis
Il Premio Nobel Fisica 2025 è stato assegnato a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis per le loro rivoluzionarie scoperte sull’effetto tunnel quantistico macroscopico e la quantizzazione dell’energia nei circuiti elettrici.
I tre scienziati hanno dimostrato attraverso una serie di esperimenti innovativi che le bizzarre proprietà della meccanica quantistica, normalmente osservate solo a livello atomico e subatomico, possono manifestarsi concretamente anche in un sistema macroscopico. In altre parole, hanno reso tangibili i principi della fisica quantistica in un dispositivo abbastanza grande da essere “tenuto in mano”, aprendo la strada a nuove applicazioni nel campo dei circuiti superconduttori e del calcolo quantistico.
Chi sono i vincitori del Premio Nobel Fisica 2025
John Clarke, è professore presso l’Università della California di Berkeley. Michel H. Devoret, parigino del 1953, insegna all’Università di Yale e alla UC Santa Barbara. John M. Martinis, americano classe 1958, è anch’egli professore all’Università della California.
Il pioniere di questa ricerca è stato John Clarke.
Nato a Cambridge (Regno Unito) nel 1942, si è trasferito negli Stati Uniti, presso l’Università della California a Berkeley. Qui, con il suo gruppo di ricerca, ha iniziato a esplorare i fenomeni della fisica quantistica utilizzando i superconduttori e la giunzione Josephson, un dispositivo che si crea unendo due superconduttori con una sottile barriera isolante.
Questo campo di frontiera ha subito attirato giovani e brillanti ricercatori. All’inizio degli anni ’80, il primo a unirsi a Clarke fu Michel Devoret, nato a Parigi nel 1953. Poco dopo arrivò un giovanissimo dottorando, John M. Martinis, allora poco più che ventenne.
Insieme, i tre hanno affrontato la sfida di dimostrare l’effetto tunnel quantistico macroscopico.
Questo fenomeno descrive come una particella possa attraversare una barriera che, secondo le leggi della fisica classica, non avrebbe l’energia per superare.
Nel 1984, costruirono un circuito elettrico con due superconduttori, dimostrando di poter controllare un fenomeno in cui le particelle cariche si comportano collettivamente come un’unica entità quantistica.
“Niente di tutto questo sarebbe stato possibile senza loro due“, ha dichiarato Clarke riferendosi a Devoret e Martinis. È stato proprio Martinis, in seguito, a guidare la realizzazione del primo chip quantistico, un componente fondamentale per i computer del futuro. Questa ricerca è proseguita, insieme a Devoret, nel Google Quantum A.I. Lab. Martinis ha guidato il progetto di Google che nel 2019 ha raggiunto per la prima volta la cosiddetta “supremazia quantistica“, dimostrando che un computer quantistico può risolvere un problema in modo esponenzialmente più rapido di un supercomputer tradizionale.
La scoperta dell’effetto tunnel macroscopico
I tre fisici hanno dimostrato che i fenomeni della meccanica quantistica possono manifestarsi su scala macroscopica. Utilizzando un circuito elettrico delle dimensioni di circa un centimetro, hanno provato che anche sistemi “grandi” possono seguire le regole del mondo quantistico.
L’effetto tunnel è un fenomeno dove una particella attraversa una barriera senza scavalcarla – come se una pallina attraversasse un muro invece di rimbalzare. Questo comportamento, tipico del mondo subatomico, era stato osservato solo su singole particelle.
Tuttavia, grazie ai recenti studi sulla meccanica quantistica su scala macroscopica, si è scoperto che l’effetto tunnel può verificarsi anche a livello di oggetti più grandi. Questo fenomeno è alla base delle tecnologie come i microchip e le eventuali future tecnologie quantistiche.
Inoltre, la meccanica quantistica ha portato molte applicazioni pratiche in vari campi scientifici. Ad esempio, il laser – uno strumento utilizzato per generare un fascio di luce coerente e focalizzato – sfrutta il principio del quantum entanglement per il suo funzionamento. Questo principio afferma che due particelle, come ad esempio i fotoni di luce, possono essere intrecciate in modo da influenzarsi reciprocamente anche se separate da grandi distanze. Il laser utilizza questo fenomeno per generare un’emissione di luce coerente e intensa.
L’esperimento rivoluzionario
Clarke, Devoret e Martinis hanno creato:
- Un circuito elettrico superconduttore raffreddato quasi allo zero assoluto
- Una giunzione Josephson (barriera sottilissima tra due superconduttori)
- Un sistema dove miliardi di elettroni si comportano come una singola particella
Il risultato? Il circuito ha dimostrato l’effetto tunnel quantistico su scala macroscopica, aprendo nuove frontiere nella fisica quantistica.
Immaginiamo una pallina da tennis: composta da un numero astronomico di molecole, obbedisce alle leggi della fisica classica. Se la lanciamo contro un muro, rimbalza. Nel mondo della meccanica quantistica, le regole cambiano. Una singola particella subatomica, come un elettrone, ha una probabilità non nulla di attraversare una barriera e riapparire dall’altra parte. Questo fenomeno, noto come effetto tunnel, è una conseguenza diretta della duplice natura onda-corpuscolo delle particelle quantistiche.
Gli esperimenti dei tre Nobel per la Fisica 2025 hanno dimostrato qualcosa di straordinario: l’effetto tunnel non è limitato a una singola particella, ma può manifestarsi anche in un sistema composto da miliardi di particelle che si comportano come un tutt’uno (un oggetto “macroscopico” dal punto di vista della fisica quantistica).
Perché il Premio Nobel per la Fisica 2025 è importante
È importante perché dimostra l’applicabilità della fisica quantistica nei chip, rendendo possibile la realizzazione dei computer quantistici. Questi ultimi, estremamente veloci e performanti, utilizzeranno proprio questi “salti magici” (o effetto tunnel) per risolvere problemi complessi che i nostri computer attuali non sono in grado di processare.
Questa scoperta ha conseguenze rivoluzionarie per:
- Computer quantistici: macchine ultra-veloci che sfruttano i “salti quantici”
- Crittografia quantistica: sistemi di sicurezza inviolabili
- Sensori quantistici: strumenti di precisione estrema
- Tecnologie digitali: dai cellulari ai cavi in fibra ottica
«Non esiste oggi alcuna tecnologia avanzata che non si basi sulla meccanica quantistica, compresi i telefoni cellulari, le macchine fotografiche… e i cavi in fibra ottica» ha affermato il comitato del Nobel.
Alla base del Nobel per la fisica 2025
Una delle grandi domande della fisica riguarda quanto possa essere grande un sistema che mostri ancora gli effetti della meccanica quantistica, come il famoso effetto tunnel, che permette a una particella di attraversare una barriera. Tuttavia, quando si tratta di un numero elevato di particelle, questi effetti tendono a diventare insignificanti.
I vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2025 hanno rivoluzionato il campo con esperimenti su un circuito elettrico, dimostrando l’effetto tunnel quantistico e i livelli di energia quantizzati in un sistema di dimensioni macroscopiche, abbastanza grande da poter essere tenuto in mano.
Secondo la commissione, “il Premio Nobel per la Fisica di quest’anno apre la strada allo sviluppo della prossima generazione di tecnologia quantistica, come crittografia quantistica, computer quantistici e sensori quantistici.” Questa scoperta rappresenta un passo avanti cruciale per il futuro della tecnologia quantistica.
Applicazioni future dell’effetto tunnel macroscopico
Le ricerche premiate con il Nobel Fisica 2025 rappresentano la base per:
- Quantum computing: elaborazione parallela di calcoli complessi
- Comunicazioni quantistiche: trasmissione sicura di informazioni
- Sensori di precisione: misurazioni ultra-accurate
- Nuovi materiali: superconduttori avanzati
La scoperta dell’effetto tunnel quantistico macroscopico da parte di John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis ha trasformato la nostra comprensione della fisica quantistica, aprendo la strada a tecnologie che un tempo sembravano fantascienza.
