Drei Quantenforscher si aggiudicano il premio Physik-Nobel 2025
"È meraviglioso poter celebrare il modo in cui la meccanica quantistica, vecchia di un secolo, offre sempre nuove sorprese"
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L'Accademia Reale Svedese delle Scienze ha deciso di assegnare il Premio Nobel per la Fisica 2025 a John Clarke (Università della California, Berkeley, USA), Michel H. Devoret (Università di Yale, New Haven, CT e Università della California, Santa Barbara, USA) e John M. Martinis Università della California, Santa Barbara, USA "per la scoperta del tunnelling quantistico macroscopico e della quantizzazione dell'energia in un circuito elettrico".
I loro esperimenti su un chip hanno rivelato la fisica quantistica in azione
Una questione importante in fisica è la dimensione massima di un sistema che può dimostrare effetti di meccanica quantistica. I premi Nobel di quest'anno hanno condotto esperimenti con un circuito elettrico in cui hanno dimostrato sia il tunnelling meccanico quantistico sia la quantizzazione dei livelli di energia in un sistema abbastanza grande da poter essere tenuto in mano.
La meccanica quantistica permette a una particella di muoversi direttamente attraverso una barriera, utilizzando un processo chiamato tunnelling. Quando viene coinvolto un gran numero di particelle, gli effetti della meccanica quantistica diventano generalmente insignificanti. Gli esperimenti dei vincitori hanno dimostrato che le proprietà meccaniche quantistiche possono essere rese concrete 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 costruito con superconduttori, componenti in grado di condurre una 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. Affinando e misurando tutte le varie proprietà del loro circuito, sono stati in grado di controllare ed esplorare i fenomeni che si verificavano quando vi facevano passare una corrente. Le particelle cariche che si muovevano attraverso il superconduttore costituivano un sistema che si comportava come una singola 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 dietro una barriera che non può attraversare. Nell'esperimento il sistema mostra il suo carattere quantistico riuscendo a sfuggire allo stato di tensione zero attraverso il tunnelling. Il cambiamento di stato del sistema viene rilevato attraverso la comparsa di una tensione.
I vincitori hanno anche potuto dimostrare che il sistema si comporta nel modo previsto dalla meccanica quantistica: è quantizzato, cioè assorbe o emette solo quantità specifiche di energia.
"È meraviglioso poter celebrare il modo in cui la secolare meccanica quantistica offre sempre nuove sorprese. È anche enormemente utile, poiché la meccanica quantistica è alla base di tutta la tecnologia digitale", ha dichiarato Olle Eriksson, presidente del Comitato Nobel per la Fisica.
I transistor nei microchip dei computer sono un esempio della consolidata tecnologia quantistica che ci circonda". Il Premio Nobel per la Fisica di quest'anno ha offerto l'opportunità di sviluppare la prossima generazione di tecnologia quantistica, tra cui la crittografia quantistica, i computer quantistici e i sensori quantistici.
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