Dai laboratori italiani una svolta quantistica, nuove frontiere tecnologiche dalla fisica dei superfluidi

L’11 dicembre del 2025 la prestigiosa rivista Science ha pubblicato alcuni risultati di una ricerca sperimentale condotta dai Laboratori del LENS e dall’Istituto nazionale di Ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino) di Sesto Fiorentino e coadiuvata dal supporto teorico dell’Università di Catania e del Technology Innovation Institute (TII) di Abu Dhabi, oltre a studiosi delle Università di Firenze e della Nazionale Autonoma del Messico (UNAM).

Dai laboratori italiani una svolta quantistica, nuove frontiere tecnologiche dalla fisica dei superfluidi

In questo studio, gli scienziati hanno osservato il fenomeno dei gradini di Shapiro, che si verifica in un particolare tipo di collegamento chiamato giunzione di Josephson, una specie di piccolo ponte che si forma tra due fluidi superconduttivi o superfluidi (cioè fluidi che si muovono senza attrito). “Le giunzioni Josephson, già fondamentali per i sensori quantistici ed i computer del futuro, sono state riconosciute dall’ultimo Premio Nobel per la Fisica 2025, nel contesto delle piattaforme superconduttive a stato solido, come strumenti chiave per testare su larga scala gli effetti sorprendenti della meccanica quantistica. Nelle loro versioni realizzate con atomi ultrafreddi, esse offrono un controllo senza precedenti ed un funzionamento sostenibile a bassissimo consumo energetico, consentendo di osservare direttamente i meccanismi microscopici che determinano il loro comportamento macroscopico”, ha affermato Giacomo Roati, dirigente di ricerca del CNR-INO.

In questo caso, i superfluidi studiati sono stati di tipo fermionico fortemente interagenti. Questo significa che le particelle che li compongono (simili agli elettroni, chiamate fermioni) interagiscono molto tra loro e si muovono senza attrito, come un liquido perfetto. Inoltre, questi atomi sono stati portati a temperature vicinissime allo zero assoluto, dove la fisica quantistica diventa molto evidente.

Gli scienziati hanno studiato come l’altezza e la larghezza dei gradini di Shapiro dipendono dalla frequenza della spinta esterna (quanto velocemente si applica il segnale) e dalla risposta non lineare della giunzione.

Inoltre, hanno misurato la relazione tra corrente e fase, che indica “dove si trova” l'onda associata al fluido in un certo momento. La relazione corrente–fase mostra come varia la corrente in base allo sfasamento tra i due lati della giunzione.

Le conseguenze degli esperimenti saranno da vedere in possibili applicazioni nel campo delle tecnologie quantiche, che potrebbero essere introdotte e diffuse su larga scala nei prossimi decenni.