Il Nobel per la fisica 2025 è stato assegnato congiuntamente a John Clarke, Michel H. Devoret e John M. Martinis “per la scoperta del tunneling quantistico meccanico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”. La motivazione della Reale Accademia Svedese delle Scienze premia un lavoro sperimentale degli anni ’80 che non solo ha confermato uno degli aspetti più controintuitivi della meccanica quantistica, ma ha di fatto gettato le fondamenta tecnologiche su cui si basa l’attuale corsa allo sviluppo del computer quantistico a superconduttori. La scoperta ha dimostrato che è possibile costruire circuiti elettrici, visibili a occhio nudo, che si comportano come “atomi artificiali”, obbedendo alle leggi del mondo microscopico.

Un “atomo artificiale” in un circuito elettrico

Il concetto di tunneling quantistico, teorizzato poco dopo la formulazione dell’equazione di Schrödinger, descrive la capacità di una particella di attraversare una barriera energetica anche quando, secondo la fisica classica, non ne avrebbe l’energia sufficiente. È un po’ come se una palla da tennis potesse superare un muro senza essere lanciata abbastanza in alto da scavalcarlo. Questo fenomeno è comune a livello atomico e subatomico. La sfida, come delineato dal fisico Anthony Leggett (Nobel nel 2003), era dimostrare che un intero sistema “macroscopico”, composto da miliardi di particelle, potesse comportarsi come un’unica entità quantistica e compiere un’azione di tunneling collettiva.

È esattamente ciò che il team composto da Clarke, Devoret e Martinis realizzò a metà degli anni ’80 presso l’Università della California a Berkeley. Come si legge nei documenti informativi rilasciati dalla Nobel Foundation, il loro successo si basò su un componente elettronico specifico: la giunzione Josephson. Si tratta di un dispositivo composto da due superconduttori separati da un sottilissimo strato isolante. In condizioni di superconduttività, le coppie di elettroni (coppie di Cooper) possono attraversare questa barriera senza resistenza, generando un debole campo magnetico.

L’esperimento consisteva nel polarizzare la giunzione con una corrente elettrica, creando una sorta di “pozzo” energetico. Secondo la fisica classica, lo stato del sistema (rappresentato dalla differenza di fase tra i due superconduttori) sarebbe dovuto rimanere “intrappolato” in questo pozzo. Invece, i ricercatori osservarono che il sistema poteva “fuggire” attraverso un effetto tunnel, manifestando un comportamento puramente quantistico. Per riuscirci, dovettero isolare il circuito da qualsiasi disturbo esterno, raffreddandolo a temperature prossime allo zero assoluto e schermandolo con filtri estremamente sofisticati per eliminare il rumore elettromagnetico.

Dalla prova sperimentale alla base dei qubit

La seconda parte fondamentale della loro scoperta fu la dimostrazione della quantizzazione dell’energia. Applicando microonde al circuito, furono in grado di misurare che il sistema poteva esistere solo in specifici livelli energetici discreti, proprio come gli elettroni in un atomo. Non poteva assumere un valore energetico qualsiasi, ma solo “pacchetti” ben definiti.

Questi due risultati combinati — tunneling macroscopico e livelli energetici quantizzati — hanno dimostrato per la prima volta che un circuito elettrico ingegnerizzato poteva essere manipolato e controllato come un singolo sistema quantistico. Nasceva così il concetto di “atomo artificiale”, un’idea che ha cambiato il corso della ricerca. Se si può costruire un sistema a due livelli energetici controllabili, si ha in mano un bit quantistico, o qubit.

Le implicazioni industriali di questa scoperta sono state immense, sebbene si siano manifestate pienamente solo decenni dopo. John M. Martinis, uno dei tre premiati, ha continuato la sua carriera fino a diventare il capo del team di Google che nel 2019 ha annunciato il raggiungimento della “supremazia quantistica” con il processore Sycamore. Quel processore, così come i chip quantistici sviluppati da IBM e da numerose startup nel settore, si basa su una versione evoluta di questi concetti, il qubit a superconduttore di tipo “transmon”. La ricerca di Clarke, Devoret e Martinis ha fornito di fatto la “grammatica” fondamentale per scrivere il linguaggio del calcolo quantistico superconduttivo.

Competitività globale e policy industriali

Il Nobel per la Fisica del 2025 assegnato a Clarke, Devoret e Martinis premia un percorso che ha trasformato una curiosità di laboratorio in una tecnologia strategica. Oggi il calcolo quantistico è al centro di una competizione geopolitica tra Stati Uniti, Cina ed Europa. La capacità di costruire e controllare sistemi quantistici su larga scala promette di accelerare la scoperta di nuovi farmaci e materiali, ottimizzare la logistica e rivoluzionare la finanza.

Per l’Europa questo premio sottolinea l’importanza di mantenere e rafforzare gli investimenti in tutta la filiera quantistica. Oltre a finanziare la ricerca di base, bisogna costruire un ecosistema industriale che comprenda la criogenia, l’elettronica di controllo a microonde, la scienza dei materiali e lo sviluppo software. La dipendenza da componenti o know-how extra-europei in un settore così critico rappresenterebbe una vulnerabilità strategica. Programmi come il Quantum Flagship europeo vanno nella giusta direzione, ma la velocità con cui le grandi aziende tecnologiche private stanno avanzando richiede un impegno costante e coordinato tra settore pubblico e privato. Il lavoro di Clarke, Devoret e Martinis ci ricorda che le rivoluzioni tecnologiche di domani nascono dalle scoperte fondamentali di oggi, e che il passaggio dal laboratorio al mercato richiede visione, perseveranza e un solido sostegno politico-industriale.