Le ricerche premiate con il Nobel per la Fisica 2025 hanno avuto un impatto significativo, in particolare perché hanno realizzato l’unità d’informazione dei computer quantistici, ma sono anche importanti per le ricerche sulla materia oscura, osservano i ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). “Le ricerche premiate oggi con il Nobel per la Fisica hanno avuto un impatto significativo – osservano – e hanno condotto a diverse applicazioni, tra le quali lo sviluppo della piattaforma superconduttiva per realizzare qubit, le unità fondamentali di informazione dei computer quantistici. Inoltre, hanno 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”.
I ricercatori aggiungono che le ricerche di Clarke, Devoret e Martinis hanno 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”.
Marco Ciuchini, fisico teorico dell’INFN e componente della Giunta esecutiva dell’istituto, osserva che “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, 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”.
Concezio Bozzi, ricercatore dell’INFN della sezione di Ferrara, rileva che “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. Queste attività – aggiunge – 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”.
Applicazioni anche nella ricerca sulla materia oscura
Gli studi dei Nobel trovano anche, forse un po’ sorprendentemente, applicazione in settori come la ricerca di materia oscura, come dice Claudio Gatti ricercatore dell’INFN ai Laboratori Nazionali di Frascati. “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”.
“Questo tipo di materia oscura – osserva – 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“.
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