La Reale Accademia Svedese delle Scienze ha deciso di assegnare il Premio Nobel per la Fisica 2025 a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis “per la scoperta dell’effetto tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico“. Una delle principali questioni della fisica è la dimensione massima di un sistema in grado di dimostrare effetti di meccanica quantistica. I vincitori del Premio Nobel di quest’anno hanno condotto esperimenti con un circuito elettrico in cui hanno dimostrato sia l’effetto tunnel quantistico sia i livelli di energia quantizzati in un sistema abbastanza grande da poter essere tenuto in mano.
La meccanica quantistica consente a una particella di attraversare una barriera, utilizzando un processo chiamato effetto tunnel. Non appena vengono coinvolte un gran numero di particelle, gli effetti della meccanica quantistica diventano solitamente insignificanti. Gli esperimenti dei vincitori hanno dimostrato che le proprietà della meccanica quantistica possono essere concretizzate su scala macroscopica.
Nel 1984 e nel 1985, John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis hanno condotto una serie di esperimenti con un circuito elettronico costituito da superconduttori, componenti in grado di condurre corrente senza resistenza elettrica. Nel circuito, i componenti superconduttori erano separati da un sottile strato di materiale non conduttivo, una configurazione nota come giunzione Josephson. Perfezionando e misurando tutte le varie proprietà del loro circuito, sono stati in grado di controllare ed esplorare i fenomeni che si verificavano quando vi passava una corrente. Insieme, le particelle cariche che si muovevano attraverso il superconduttore formavano un sistema che si comportava come se fossero un’unica particella che riempiva l’intero circuito.
Questo sistema macroscopico, simile a una particella, si trova inizialmente in uno stato in cui la corrente scorre senza alcuna tensione. Il sistema è intrappolato in questo stato, come se fosse dietro una barriera che non può oltrepassare. Nell’esperimento, il sistema mostra il suo carattere quantistico riuscendo a sfuggire allo stato di tensione zero tramite effetto tunnel. Il cambiamento di stato del sistema viene rilevato dalla comparsa di una tensione.
I vincitori hanno potuto anche dimostrare che il sistema si comporta nel modo previsto dalla meccanica quantistica: è quantizzato, ovvero assorbe o emette solo quantità specifiche di energia.
“È meraviglioso poter celebrare il modo in cui la meccanica quantistica, vecchia di un secolo, offre continuamente nuove sorprese. È anche estremamente utile, poiché la meccanica quantistica è il fondamento di tutta la tecnologia digitale“, afferma Olle Eriksson, presidente del Comitato Nobel per la Fisica.
I transistor nei microchip dei computer sono un esempio della tecnologia quantistica ormai consolidata che ci circonda. Il Premio Nobel per la Fisica di quest’anno ha offerto opportunità per lo sviluppo della prossima generazione di tecnologia quantistica, tra cui crittografia quantistica, computer quantistici e sensori quantistici.
Chi sono i vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2025
John Clarke, nato nel 1942 a Cambridge, Regno Unito. Dottorato di ricerca nel 1968 presso l’Università di Cambridge, Regno Unito. Professore presso l’Università della California, Berkeley, Stati Uniti.
Michel H. Devoret, nato nel 1953 a Parigi, Francia. Dottorato di ricerca nel 1982 presso l’Università Paris-Sud, Francia. Professore presso la Yale University, New Haven, CT e l’Università della California, Santa Barbara, USA.
John M. Martinis, nato nel 1958. Dottorato di ricerca nel 1987 presso l’Università della California, Berkeley, USA. Professore presso l’Università della California, Santa Barbara, USA.
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