Scienze

Nobel per la fisica a Clarke, Devoret e Martinis: le loro scoperte fondamentali per il quantum computing

Il riconoscimento assegnato dall’Accademia di Svezia a Stoccolma

di Leopoldo Benacchio

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La California ha fatto man bassa del Premio Nobel per la Fisica 2025, che è stato assegnato quest’anno a ex aequo a John Clarke, Michel H. Devoret e a John M. Martinis, tutti e tre dell’Università della California.

La motivazione, per tutti i vincitori, cita i loro studi sulla meccanica quantistica, e in particolare per la scoperta dei «tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico».

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Si attendeva qualcosa del genere quest’anno, anche se gli studi premiati risalgono anche agli anni 80 e 90 del secolo scorso quando i vincitori erano giovani, ed evidentemente geniali, ricercatori. Si attendeva perché quest’anno ricorre il primo centenario dei lavori di Werner Heisenberg, che gettarono le basi per la quantistica, di cui si parla oramai quotidianamente nei media.

La motivazione

Nella motivazione si legge che i tre professori, uno inglese, uno francese e l’ultimo americano, nell’ordine, «hanno compiuto esperimenti che hanno dimostrato come nel mondo quantistico, quello di atomi e particelle in primis, riscontriamo delle proprietà del tutto diverse da quelle del mondo macroscopico, in cui viviamo pure noi, ma che possono anche essere trasferite in un sistema abbastanza grande da poterlo toccare e prendere in mano», come è stato peraltro mostrato durante la cerimonia di proclamazione, con un piccolo coup de theatre. Per citare proprio la motivazione «il loro sistema elettrico superconduttore può passare da uno stato all’altro con l’effetto tunnel. Hanno anche dimostrato che il sistema assorbe ed emette energia in dosi di dimensioni specifiche, proprio come previsto dalla meccanica quantistica».

In pratica, senza i loro studi teorici oggi non potremmo avere smartphone, macchine fotografiche a stato solido, superconduttori e mille altre attrezzature che usiamo quotidianamente, magari senza saperlo. E questo la dice lunga sull’importanza della ricerca di base.

Lo schema

La spiegazione estremamente sintetica di come “funziona” k0effetto tunnel

L’effetto tunnel

L’effetto tunnel, alla base delle scoperte, è effettivamente qualcosa che contrasta al 100% con la nostra esperienza: se ci mettiamo davanti a un muro e ci lanciamo contro una pallina da tennis, questa sbatte e ci ritorna indietro. Nel mondo quantistico invece se al posto della pallina c’è una particella, un elettrone per esempio, e il muro è una barriera di potenziale, che secondo la meccanica classica dovrebbe mandarci indietro la particella, tanto quanto fa il muro con la pallina, abbiamo una probabilità che la particella oltrepassi il muro, come ci fosse un tunnel che glielo permette. Tutto qui, si fa per dire.

In quel mondo poi l’energia può essere assorbita ed emessa solo a livelli definiti, come se gli elettroni percorressero i gradini di una scala e solo quando sono in questo o quel gradino possano assorbire o emettere energia.

I due fondamentali effetti, combinati, permettono di lavorare sui superconduttori, mettere in riga, possiamo dire, gli elettroni in un sistema elettrico e realizzare in un chip un sistema quantistico, base fondamentale di tutti i sistemi di calcolo quantistici, cui si sta lavorando in tutto il mondo, dagli Usa alla Cina, passando per l’Europa.

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