Nobel per la fisica 2025: Il quantistico che si vede ad occhio nudo (quasi)

𝐉𝐨𝐡𝐧 𝐂𝐥𝐚𝐫𝐤𝐞, 𝐌𝐢𝐜𝐡𝐞𝐥 𝐇. 𝐃𝐞𝐯𝐨𝐫𝐞𝐭 𝐞 𝐉𝐨𝐡𝐧 𝐌. 𝐌𝐚𝐫𝐭𝐢𝐧𝐢𝐬 𝘱𝘳𝘦𝘮𝘪𝘢𝘵𝘪 𝘱𝘦𝘳 𝘢𝘷𝘦𝘳 𝘰𝘴𝘴𝘦𝘳𝘷𝘢𝘵𝘰 𝘦 𝘤𝘰𝘯𝘵𝘳𝘰𝘭𝘭𝘢𝘵𝘰 𝘪𝘭 𝘵𝘶𝘯𝘯𝘦𝘭𝘭𝘪𝘯𝘨 𝘲𝘶𝘢𝘯𝘵𝘪𝘤𝘰 𝘮𝘢𝘤𝘳𝘰𝘴𝘤𝘰𝘱𝘪𝘤𝘰 𝘪𝘯 𝘤𝘪𝘳𝘤𝘶𝘪𝘵𝘪 𝘴𝘶𝘱𝘦𝘳𝘤𝘰𝘯𝘥𝘶𝘵𝘵𝘰𝘳𝘪: 𝘪𝘭 “𝘲𝘶𝘢𝘯𝘵𝘶𝘮” 𝘯𝘰𝘯 𝘴𝘰𝘭𝘰 𝘯𝘦𝘪 𝘭𝘪𝘣𝘳𝘪, 𝘮𝘢 𝘴𝘶 𝘤𝘩𝘪𝘱 𝘤𝘩𝘦 𝘴𝘪 𝘵𝘦𝘯𝘨𝘰𝘯𝘰 𝘪𝘯 𝘮𝘢𝘯𝘰.

In laboratorio ci sono circuiti elettrici superconduttori con una sottilissima barriera isolante: sono le giunzioni di Josephson. In questi dispositivi un’intera “onda” di elettricità, formata da miliardi di elettroni che si muovono all’unisono, si comporta come un unico oggetto quantico. Clarke–Devoret–Martinis hanno dimostrato che il sistema può saltare da uno stato all’altro attraversando una barriera che, in fisica classica, non dovrebbe poter superare: è il tunnelling. Hanno inoltre mostrato che l’energia del circuito non cambia in modo continuo, ma a scalini discreti: è la quantizzazione.

Per farsi un’idea, immagina una biglia ferma in una valle che non ha energia sufficiente per superare il pendio e passare nella valle accanto. Nel regime quantistico esiste una piccola probabilità che la biglia compaia dall’altro lato senza aver “scalato” davvero il pendio: questo è il tunnelling (vedi foto). Finora lo osservavamo con particelle singole (elettroni, atomi); qui lo si vede e lo si controlla in un sistema collettivo abbastanza grande da stare su un chip.

La svolta è duplice: concettuale, perché conferma che la meccanica quantistica vale anche per sistemi composti da molti costituenti; pratica, perché permette di progettare circuiti che usano questi effetti in modo ripetibile, misurabile e quindi ingegnerizzabile. 𝐒𝐚𝐫𝐚̀ 𝐚𝐩𝐩𝐞𝐧𝐚 𝐢𝐥 𝐜𝐚𝐬𝐨 𝐩𝐫𝐞𝐜𝐢𝐬𝐚𝐫𝐞 che con “macroscopico” non si intende un oggetto visibile a occhio nudo, ma un insieme di molti costituenti che si comporta come un’unica unità quantica — più grande del singolo elettrone e abbastanza compatto da stare su un chip.

Tre mappe sintetiche — sanità, spazio, semiconduttori — mostrano come un effetto nato in fisica di base sia entrato in strumenti e processi reali.

𝐒𝐚𝐧𝐢𝐭𝐚̀. Dallo SQUID al cervello: la magnetoencefalografia (MEG) usa magnetometri SQUID per misurare campi cerebrali dell’ordine dei femtotesla (10⁻¹⁵ T). Vantaggi: sensibilità altissima, risoluzione temporale nei millisecondi, nessuna radiazione ionizzante. In clinica: localizzazione dei focolai epilettici pre‑chirurgica e mappatura funzionale; in ricerca: biomarcatori precoci di decadimento cognitivo. Evoluzione: sistemi on‑scalp con magnetometri a pompa ottica (OPM) affiancano gli SQUID, mentre criostati “a basso elio” riducono costi e complessità.

𝐒𝐩𝐚𝐳𝐢𝐨. Dove i segnali sono debolissimi: rivelatori criogenici super‑sensibili (TES/KID) spesso letti con SQUID per osservazioni a microonde e sub‑millimetrico (CMB, polveri fredde) su telescopi a terra e palloni stratosferici. In orbita, missioni come Planck e Herschel hanno impiegato bolometri ultrafreddi e, per la spettroscopia, rivelatori superconduttori (SIS). Per le onde gravitazionali, a terra (LIGO/Virgo/KAGRA) si riduce il rumore quantistico con luce “squeezed”; nello spazio LISA userà interferometria laser ultra‑stabile: stessa famiglia di tecniche quantistiche, non amplificatori a microonde.

𝐒𝐞𝐦𝐢𝐜𝐨𝐧𝐝𝐮𝐭𝐭𝐨𝐫𝐢. L’interfaccia fra silicio e quanti: qubit e dispositivi superconduttori si fabbricano su wafer (silicio o zaffiro) con processi affini alla microfabbricazione; amplificatori criogenici a basso rumore (JPA) ed elettronica di controllo vicino ai sensori/qubit migliorano lettura e scalabilità. In metrologia, le catene di Josephson fissano gli standard di tensione usati nei laboratori di taratura; per la corrente avanzano le pompe a singolo elettrone, mentre la resistenza è ancorata all’effetto Hall quantistico.

𝐈𝐧 𝐩𝐨𝐜𝐡𝐞 𝐩𝐚𝐫𝐨𝐥𝐞: il tunnelling macroscopico è una tecnologia‑soglia. Ha reso sfruttabili effetti quantistici fuori dal regno subatomico; oggi vive in ospedali, laboratori e satelliti e sta già entrando nei processi delle fonderie di chip. Il Nobel 2025 dice che il quantistico non è solo roba da particelle isolate; può essere costruito, misurato e usato in oggetti ingegnerizzati. È così che i concetti diventano strumenti.

— 𝐐𝐮𝐢𝐧𝐭𝐨 𝐕𝐚𝐫𝐫𝐨𝐧𝐞