Premio Nobel per la Fisica 2025

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 dell’effetto tunnel quantistico macroscopico e della quantizzazione dell’energia in un circuito elettrico”.

Nel 1984 e nel 1985, Clarke, Devoret e Martinis condussero una serie di esperimenti su circuiti elettrici costituiti da superconduttori, materiali in grado di condurre corrente senza alcuna resistenza. Gli elettroni nei superconduttori formano un condensato di Cooper, che si muove in maniera coordinata e si comporta come una singola particella quantistica “macroscopica”. Nelle giunzioni Josephson, costituite da due elettrodi superconduttori separati da un sottile strato isolante, questo comportamento diventa spettacolare: la “particella” può attraversare barriere di potenziale per effetto tunnel, ossia penetrare regioni dove il moto classico sarebbe proibito, o addirittura esistere in sovrapposizioni di stati quantistici differenti.

La peculiarità di questi fenomeni risiede nel fatto che essi si manifestano per una particella macroscopica composta da migliaia di miliardi di particelle quantistiche “vere”. Ciò mette in discussione il paradigma secondo cui gli oggetti macroscopici devono comportarsi in modo classico, con profonde implicazioni per la fisica fondamentale — dal problema dell’emergenza del mondo classico da quello quantistico microscopico, fino alle questioni legate alla misura quantistica.

L’importanza della scoperta del tunneling quantistico macroscopico va però ben oltre l’ambito teorico: essa ha fornito le basi per lo sviluppo delle nuove tecnologie quantistiche. A partire dalla prima evidenza sperimentale, ottenuta 26 anni fa, che è possibile fabbricare un bit quantistico (qubit), fino alle ricerche più recenti — guidate da uno dei premiati — che hanno dimostrato come un computer quantistico superconduttore da appena 53 qubit possa eseguire calcoli irrealizzabili anche per i più potenti supercomputer classici.

Il Nobel per la Fisica 2025 premia dunque un percorso in cui convivono ricerca sui fondamenti della natura e applicazioni tecnologiche rivoluzionarie, proprio nell’Anno Internazionale della Fisica Quantistica, proclamato dall’UNESCO per il 2025.

Il contributo di Catania alla ricerca quantistica

Presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia “Ettore Majorana” dell’Università di Catania opera da oltre trent’anni un gruppo di ricerca in Tecnologie Quantistiche e Fisica Teorica della Materia, attivo sin dalla fine degli anni ’80 nello studio dei fenomeni quantistici macroscopici — oggi alla base della computazione quantistica con superconduttori — e riconosciuto a livello internazionale.

Nel 2022, l’Università di Catania ha ottenuto un importante riconoscimento partecipando ai due grandi progetti nazionali Next Generation EU nel settore delle tecnologie quantistiche: NQSTI (National Quantum Science and Technology Institute) e ICSC (Italian Center for Supercomputing). Grazie a questi progetti è stato avviato a Catania lo sviluppo di un ecosistema “quantum” a tutto campo, che integra ricerca, didattica, impresa e divulgazione.

Catania offre oggi un percorso in Tecnologie Quantistiche nel Corso di Laurea Magistrale in Physics e nel Dottorato di Ricerca in Fisica, oltre a un percorso di Computing Quantistico nel corso di Laurea in Informatica.

Propone inoltre un Master universitario di II livello in “Scienze e Tecnologie Quantistiche”, che nel biennio 2025/2026 vedrà la sua seconda edizione.