Dopo l'elettronica arriva l'atomtronica, per le tecnologie quantistiche

Dopo l'elettronica si prepara a debuttare l'atomtronica: mentre nella prima la corrente scorre in metalli o in semiconduttori, nell'atomtronica correnti di atomi neutri si muovono in circuiti costruiti con la luce laser e questa possibilità promette di realizzare nuovi dispositivi molto sensibili per le tecnologie quantistiche del futuro. Pubblicato sulla rivista Science, il risultato si deve all'esperimento italiano svolto dal Lens, il laboratorio europeo di spettroscopia non lineare di Sesto Fiorentino, con l'Istituto nazionale di Ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino) e il contributo teorico dell'Università di Catania e del Technology Innovation Institute (Tii) di Abu Dhabi, che aveva previsto l'effetto.

Per l'esperto di fisica quantistica Massimo Inguscio, membro dell'Accademia dei Lincei, questo risultato è un esempio del "ruolo di leader dell'Italia in questo campo, anche attraverso il Lens", e come "la grande competenza in questo settore consente al nostro Paese di sviluppare iniziative di tipo industriale, Questa tecnologia, per esempio, può aprire la strada a nuove strategie per il risparmio energetico".

Nell'esperimento, al quale hanno partecipato anche Università di Firenze e Università nazionale autonoma del Messico (Unam), i ricercatori hanno iniettato per la prima volta una corrente alternata all'interno di un sistema formato da atomi raffreddati a temperature vicine allo zero assoluto, chiamato giunzione Josephson. Separati da una barriera di luce sottilissima e apparentemente impenetrabile, gli atomi sono invece riusciti ad attraversarla tutti insieme senza perdere energia. E' accaduto grazie all'effetto tunneling quantistico, il fenomeno la cui scoperta è stata premiata con il Nobel per la Fisica 2025.

Quando si applica una corrente alternata, gli atomi che attraversano la barriera generano una differenza di potenziale a gradini (chiamati Shapiro step), la cui altezza è proporzionale alla frequenza della corrente stessa. "Grazie all'elevato livello di controllo ed alla precisione con cui possiamo manipolare gli atomi della giunzione, siamo riusciti a svelare il meccanismo fisico di sincronizzazione che dà origine agli Shapiro steps in giunzioni atomiche", osserva Giulia Del Pace, ricercatrice dell'Università di Firenze e prima autrice dello studio.

Per il coordinatore dell'esperimento Giacomo Roati, del Lens e del Cnr-Ino, le giunzioni Josephson realizzate con atomi ultrafreddi "offrono un controllo senza precedenti e un funzionamento sostenibile a bassissimo consumo energetico, consentendo di osservare direttamente i meccanismi microscopici che determinano il loro comportamento macroscopico".
Luigi Amico, coordinatore del gruppo teorico dell'Università di Catania e del Tll, osserva che "si tratta di un esperimento importante di 'atomtronica'. Come in elettronica la corrente scorre in metalli o semiconduttori, nei circuiti atomtronici correnti di atomi neutri si muovono in circuiti creati con luce laser. Questo settore- conclude - ha grandi potenzialità per le tecnologie quantistiche del futuro per lo sviluppo di nuovi dispositivi atomici ad altissima sensibilità".