Fenomeni quantistici in circuiti superconduttori: il lavoro di Clarke, Devoret e Martinis, Nobel per la fisica 2025, getta le basi per il computer quantistico

Nell’anno internazionale della Meccanica e tecnologia quantistica, il premio Nobel per la Fisica è stato attribuito ai tre fisici John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis, “per la scoperta del tunneling quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”.

Uno dei più grandi misteri della meccanica quantistica consiste nel suo limite di applicabilità. Se sappiamo ad esempio che a scala atomica e subatomica un oggetto può esistere in una sovrapposizione di infinite realizzazioni di sé stesso, lo stesso non accade nella realtà osservabile a livello macroscopico. Il principio di sovrapposizione, così come l’effetto tunnel e la quantizzazione dei livelli di energia, appartengono al mondo microscopico, ma queste “bizzarrie quantistiche” sembrano svanire quando osserviamo gli oggetti macroscopici, che alle nostre scale appaiono localizzati, non quantizzati e di certo non attraversano le pareti.

A meno che l’ambiente non distrugga il comportamento quantistico interagendo con l’oggetto microscopico – ciò che chiamiamo decoerenza ambientale – la natura fondamentale (e la sua spiegazione matematica) della transizione dal mondo quantistico a quello classico (il nostro mondo macroscopico) rimane un mistero.

In questo contesto i tre fisici hanno dimostrato sperimentalmente che due comportamenti tipicamente quantistici: l’effetto tunnel e la quantizzazione dell’energia, possono essere osservati in un sistema composto da tantissimi elettroni che agiscono collettivamente, ovvero in un circuito elettronico visibile. Per realizzarlo hanno utilizzato circuiti superconduttori con giunzioni Josephson.

La scoperta dei tre premi Nobel ha reso possibile la realizzazione di circuiti elettrici che si comportano come oggetti quantistici, i “qubit”, aprendo la strada alla tecnologia dei computer quantistici basati su superconduttori.

Grazie al loro lavoro rivoluzionario, John Clarke (Università della California, Berkeley), Michel H. Devoret (Yale School of Engineering and Applied Science,Università della California, Santa Barbara) e John M. Martinis (Università della California, Santa Barbara) sono riconosciuti come i padri fondatori di questa tecnologia, che mira a sfruttare le leggi della meccanica quantistica per eseguire calcoli complessi in modo potenzialmente molto più rapido rispetto ai computer classici.