Nel centenario della meccanica quantistica, il Nobel per la Fisica 2025 premia tre scienziati che hanno dimostrato come gli effetti più misteriosi del mondo subatomico possano manifestarsi su scala macroscopica. John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis hanno ricevuto il riconoscimento per aver osservato il quantum tunneling all’interno di un circuito elettronico, un esperimento che ha cambiato per sempre la frontiera tra teoria e tecnologia.
La meccanica quantistica è la base invisibile di quasi tutta l’elettronica moderna. Senza di essa non esisterebbero transistor, chip e sensori, cioè i componenti che rendono possibili smartphone, computer e reti di comunicazione. Le leggi quantistiche descrivono un universo in cui le particelle si comportano anche come onde, possono trovarsi in più stati contemporaneamente e mantenere correlazioni perfette (entanglement) anche a distanza.
Il tunneling quantistico
Il fenomeno premiato, il tunneling quantistico, è uno degli esempi più sorprendenti: una particella può attraversare una barriera energetica che, secondo la fisica classica, sarebbe invalicabile. In termini pratici, è come lanciare una palla contro un muro e trovarla intatta dall’altra parte. Questa proprietà è alla base dei transistor, i microscopici interruttori che controllano il flusso di corrente nei chip degli smartphone e di ogni dispositivo elettronico.
Negli anni Ottanta, Clarke, Devoret e Martinis mostrarono che il tunneling non riguarda solo singole particelle, ma può verificarsi in sistemi di miliardi di elettroni. Lo fecero costruendo un circuito superconduttore, diviso da una sottilissima barriera isolante, chiamato giunzione Josephson. Osservarono che la corrente elettrica poteva trovarsi in due stati distinti: uno bloccato a tensione zero e uno in cui “saltava” la barriera generando tensione, esattamente come previsto dalle leggi quantistiche.
Questa scoperta aprì la strada ai qubit superconduttori, gli elementi fondamentali dei computer quantistici. A differenza dei bit classici, che possono essere solo 0 o 1, i qubit possono trovarsi in sovrapposizione, assumendo più valori contemporaneamente. Ciò consente di svolgere calcoli enormemente più complessi in tempi molto più brevi.
Il legame con gli smartphone
Il legame con gli smartphone è diretto. Come ha ricordato lo stesso Clarke al telefono con il Comitato Nobel, il fenomeno che lo ha reso celebre è “una delle ragioni per cui funziona il cellulare”, come riportato da Scientific American. Ogni chip all’interno di uno smartphone sfrutta principi derivati dal tunneling per gestire il passaggio di elettroni nei transistor, i “mattoni logici” del silicio. Senza la possibilità di far passare la corrente attraverso barriere atomiche, i microprocessori moderni non esisterebbero.
Il lavoro dei tre scienziati ha anche gettato le basi del quantum computing, oggi campo strategico per governi e aziende che investono miliardi di dollari nella ricerca. Quasi tutti i sistemi quantistici più avanzati, come quelli sviluppati da Google o IBM, si fondano proprio su circuiti superconduttori simili a quelli sperimentati a Berkeley negli anni Ottanta.
Il Nobel 2025, assegnato “per la scoperta del tunneling quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”, riconosce dunque non solo una pietra miliare della fisica teorica, ma anche una delle fondamenta della rivoluzione digitale. Un secolo dopo la nascita della meccanica quantistica, i suoi effetti si estendono dal laboratorio alla tasca di ognuno di noi.
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