Il Premio Nobel per la Fisica 2025 a John Clarke, Michel Devoret e John Martinis celebra la nascita della circuit quantum electrodynamics (QED dei circuiti), l’elettrodinamica quantistica applicata ai circuiti elettrici.
L’idea alla base è tanto elegante quanto rivoluzionaria: così come gli atomi possiedono livelli di energia quantizzati, anche i circuiti elettrici, se portati a temperature prossime allo zero assoluto, possono comportarsi secondo le leggi della meccanica quantistica. In queste condizioni, porzioni del circuito possono trovarsi in una sovrapposizione di stati, in cui la corrente scorre simultaneamente in due direzioni opposte. Questi circuiti artificiali possono interagire con singoli fotoni, comportandosi come veri e propri “atomi artificiali” – i mattoni fondamentali della computazione quantistica.
A differenza degli atomi naturali, le cui proprietà sono fissate dalla natura, gli atomi artificiali possono essere progettati e realizzati su misura. Si costruiscono con le stesse tecnologie dei circuiti integrati utilizzati nei computer e negli smartphone, ma permettono di accedere direttamente al dominio quantistico, aprendo la strada a dispositivi con funzioni specifiche: logiche di calcolo quantistiche, sensori di precisione estrema e standard di misura basati su principi quantistici.
Questa rivoluzione ha radici profonde nella metrologia. Negli anni Settanta, John Clarke trasformò le intuizioni teoriche del premio Nobel Brian Josephson in dispositivi concreti, realizzando i campioni quantistici del volt e contribuendo alla determinazione di costanti fondamentali come la carica dell’elettrone e la costante di Planck. John Martinis, durante la sua attività al National Institute of Standards and Technology (NIST), sviluppò circuiti capaci di contare singoli elettroni, ponendo le basi per un campione quantistico della corrente elettrica. Michel Devoret, invece, è tra i pionieri del quantum sensing, che sfrutta circuiti quantistici per misure di sensibilità inarrivabili per l’elettronica classica.
Oggi, i circuiti elettrici quantistici rappresentano un campo in rapida evoluzione, al crocevia tra scienza di base, tecnologia e metrologia. L’INRiM è attivamente impegnato in questo ambito attraverso la metrologia elettrica quantistica, uno dei suoi settori di ricerca più avanzati, dove le frontiere della misura si incontrano con quelle dell’informazione quantistica.