Il Nobel per la Fisica 2025 ai padri dei computer quantistici

Quanto può essere grande un sistema che si comporta secondo le leggi della meccanica quantistica? È questa la domanda fondamentale a cui hanno risposto John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis, vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2025, grazie a un esperimento che ha portato la fisica quantistica su scala macroscopica.

L’esperimento che ha convinto la giuria

Nel mondo quantistico, le particelle seguono regole che sfidano il senso comune: possono, ad esempio, superare barriere energetiche che secondo la fisica classica sarebbero insormontabili. Questo comportamento è noto come effetto tunnel, ed è alla base di numerosi fenomeni fisici, dalla fusione nucleare nelle stelle ai moderni microscopi a scansione.

Tuttavia, quando il numero di particelle coinvolte cresce — da pochi elettroni a milioni o miliardi — gli effetti quantistici tendono a dissolversi. Il sistema, troppo complesso e troppo “grande”, ricade sotto le leggi della fisica classica.

“I vincitori del Nobel per la Fisica 2025 hanno dimostrato che la meccanica quantistica può governare anche sistemi su scala macroscopica, rendendo visibili effetti che finora erano confinati al mondo degli atomi.”

Per farlo, Clarke, Devoret e Martinis hanno realizzato un circuito superconduttore basato su una giunzione Josephson, ovvero due superconduttori separati da un sottilissimo strato isolante. In questi materiali, gli elettroni non si muovono da soli, ma si accoppiano in coppie di Cooper, che scorrono senza resistenza.

In condizioni estremamente controllate, queste coppie sono riuscite ad attraversare la barriera isolante per effetto tunnel, un comportamento mai osservato prima in un oggetto così grande.

L’intero circuito ha agito come se fosse un’unica particella quantistica coerente, mantenendo la delicatezza del comportamento ondulatorio tipico delle particelle subatomiche. Ma non solo. Il sistema ha mostrato anche un altro tratto distintivo della fisica quantistica: l’energia del circuito non cambiava in modo continuo, ma solo in pacchetti discreti, come previsto dalla quantizzazione dell’energia.

In altre parole, i ricercatori hanno osservato la quantizzazione dell’energia e il tunneling quantistico in un sistema macroscopico e misurabile, grande più o meno come il palmo di una mano. Un risultato sorprendente, raggiunto già nella metà degli anni ’80, che ha aperto la strada all’ingegneria di nuovi dispositivi quantistici e posto le basi per i moderni computer quantistici a superconduttori, oggi al centro della rivoluzione tecnologica quantistica.

Dalla scoperta al computer quantistico

Le implicazioni dell’esperimento realizzato da Clarke, Devoret e Martinis vanno ben oltre il laboratorio. I loro risultati hanno posto le basi per la progettazione di qubit superconduttori, ovvero le unità elementari di calcolo nei moderni computer quantistici.

Oggi, architetture come quelle sviluppate da Google, IBM e altre aziende leader del settore si basano proprio su giunzioni Josephson e sugli effetti osservati per la prima volta in quegli esperimenti.

Chi sono i tre vincitori

Clarke, Devoret e Martinis hanno curricola che spiccano per una combinazione straordinaria di rigore teorico, innovazione sperimentale e impatto tecnologico.

• John M. Martinis, nato nel 1958, è un fisico americano, per anni professore alla University of California (Santa Barbara). E’ stato poi il principale scienziato quantistico di Google AI Quantum, dove ha diretto il team che ha realizzato Sycamore, il processore che nel 2019 ha raggiunto a cosiddetta quantum supremacy, risolvendo in pochi secondi un problema che un supercomputer classico avrebbe impiegato anni a completare.

• John Clarke, nato nel 1942, è professore emerito all’Università di Berkeley (USA) e uno dei massimi esperti di superconduttività. Ha contribuito in modo fondamentale allo sviluppo e alla diffusione degli SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices), strumenti ultra-sensibili utilizzati per la misura di campi magnetici debolissimi.

• Michel H. Devoret, nato nel 1953, è professore alla Yale University e figura di riferimento nella quantum engineering. Ha sviluppato tecniche avanzate per il controllo della decoerenza nei circuiti quantistici e ha contribuito in modo pionieristico alla realizzazione dei primi qubit superconduttori.