FIRENZE – Dopo l’elettronica, si prepara a debuttare l’atomtronica: mentre nei circuiti tradizionali la corrente è fatta di elettroni che fluiscono in metalli o semiconduttori, in quelli atomtronici a muoversi sono correnti di atomi neutri, guidate da “binari” di luce laser. Questa nuova frontiera promette di realizzare dispositivi ad altissima sensibilità per le tecnologie quantistiche del futuro.
A compiere il primo passo sperimentale in questa direzione è stato un team di ricerca internazionale, in uno studio pubblicato sulla rivista Science. L’esperimento è stato realizzato al LENS (Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare) di Sesto Fiorentino, in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Ottica del CNR (Cnr-Ino), l’Università di Firenze e con il contributo teorico determinante dell’Università di Catania insieme al Technology Innovation Institute (TII) di Abu Dhabi. Hanno partecipato anche l’Università Nazionale Autonoma del Messico.
Il successo dello studio è frutto di una stretta sinergia sperimentale e teorica: «Il contributo dell’Università di Catania, coordinato da Luigi Amico, ha previsto e modellizzato l’effetto osservato, fornendo la chiave interpretativa del fenomeno», spiega Giacomo Roati, coordinatore dell’esperimento al LENS e del Cnr-Ino.
Al cuore dello studio c’è una giunzione Josephson atomica: un sistema in cui atomi di potassio, raffreddati a temperature vicinissime allo zero assoluto, vengono separati da una barriera di luce laser sottilissima. Applicando per la prima volta una corrente alternata, i ricercatori hanno osservato gli atomi attraversare tutti insieme la barriera – apparentemente impenetrabile – senza dissipare energia, grazie al fenomeno quantistico del tunneling, la cui scoperta è stata premiata con il Nobel per la Fisica 2025.
«Grazie all’elevato livello di controllo sugli atomi, abbiamo svelato il meccanismo fisico di sincronizzazione che dà origine ai cosiddetti Shapiro steps, i gradini di potenziale generati dall’attraversamento», spiega Giulia Del Pace, ricercatrice dell’Università di Firenze e prima autrice del lavoro.
«Le giunzioni Josephson atomiche offrono un controllo senza precedenti e un funzionamento a bassissimo consumo energetico», sottolinea Giacomo Roati. Questo consente di osservare direttamente i meccanismi microscopici che governano il comportamento macroscopico del sistema.
«Si tratta di un esperimento fondamentale per l’atomtronica», dichiara Luigi Amico dell’Università di Catania, «che dimostra come la collaborazione tra teoria ed esperimento sia vitale per aprire nuove strade nelle tecnologie quantistiche, verso dispositivi ultra-sensibili e a consumo energetico ridottissimo».
Secondo Massimo Inguscio, fisico quantistico e membro dell’Accademia dei Lincei, il risultato «conferma il ruolo di leader dell’Italia in questo campo e mostra come competenze di eccellenza, come quelle espresse dal LENS e dall’Università di Catania, possano tradursi in prospettive industriali, ad esempio verso tecnologie per il risparmio energetico».
L’atomtronica si avvia così a uscire dai laboratori, grazie anche al fondamentale contributo teorico dell’Ateneo catanese, promettendo circuiti quantistici sostenibili, estremamente precisi e pronti per le sfide tecnologiche dei prossimi decenni.
