Firenze, 30 dicembre 2025 – Un gruppo di ricercatori italiani ha fatto un passo avanti nella fisica quantistica: per la prima volta, una corrente di atomi neutri è stata fatta scorrere in un circuito costruito con luce laser, aprendo la strada all’atomtronica, una disciplina che potrebbe rivoluzionare le tecnologie quantistiche del futuro. L’esperimento, firmato dal Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (Lens) di Sesto Fiorentino insieme all’Istituto Nazionale di Ottica del Cnr, con il supporto teorico dell’Università di Catania e del Technology Innovation Institute di Abu Dhabi, è stato pubblicato sulla rivista Science.
Atomtronica, il salto dalla corrente elettronica a quella atomica
Al centro dell’esperimento c’è una differenza fondamentale rispetto all’elettronica tradizionale: mentre nei circuiti elettronici la corrente è fatta di elettroni che si muovono in metalli o semiconduttori, nell’atomtronica sono gli atomi neutri a fluire, guidati da barriere e percorsi creati con fasci di luce laser. “Abbiamo iniettato una corrente alternata in un sistema di atomi quasi congelati, a temperature vicine allo zero assoluto, in quella che si chiama giunzione Josephson”, spiega Giulia Del Pace, ricercatrice dell’Università di Firenze e prima autrice dello studio.
Il risultato? Gli atomi, separati da una barriera di luce sottilissima e apparentemente impenetrabile, sono riusciti a passare tutti insieme senza perdere energia. Un fenomeno reso possibile dall’effetto tunneling quantistico, che ha avuto un ruolo anche nel recente Premio Nobel per la Fisica 2025.
Giunzioni Josephson atomiche: precisione e controllo mai visti prima
Quando i ricercatori hanno applicato la corrente alternata, gli atomi che attraversavano la barriera hanno generato una differenza di potenziale a gradini – i cosiddetti Shapiro steps – la cui altezza segue la frequenza della corrente stessa. “Con il livello di controllo e la precisione con cui possiamo gestire gli atomi nella giunzione, siamo riusciti a capire il meccanismo di sincronizzazione che fa nascere gli Shapiro steps nelle giunzioni atomiche”, spiega ancora Del Pace.
A sottolineare l’importanza del risultato è 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 funzionano con un consumo energetico bassissimo”. Questo permette agli scienziati di osservare direttamente i meccanismi microscopici che spiegano il comportamento macroscopico dei sistemi quantistici.
Una rete internazionale per un futuro quantistico
All’esperimento hanno contribuito anche l’Università di Firenze e l’Università Nazionale Autonoma del Messico (Unam). Il supporto teorico è arrivato dall’Università di Catania e dal Technology Innovation Institute di Abu Dhabi, che aveva previsto l’effetto osservato. Luigi Amico, coordinatore del gruppo teorico, ha detto che “questo esperimento è un passo importante per l’atomtronica. Come in elettronica la corrente scorre in metalli o semiconduttori, nei circuiti atomtronici sono correnti di atomi neutri a muoversi in percorsi fatti di luce laser”. Secondo Amico, questo campo “ha grandi potenzialità per le tecnologie quantistiche del futuro e per sviluppare nuovi dispositivi atomici con altissima sensibilità”.
Massimo Inguscio, fisico quantistico e membro dell’Accademia dei Lincei, ha commentato il risultato come una conferma del “ruolo da protagonista dell’Italia in questo settore, anche grazie al Lens”. Inguscio ha aggiunto che “la grande esperienza del nostro Paese permette di spingere verso applicazioni industriali. Questa tecnologia potrebbe aprire la strada a nuovi modi per risparmiare energia”.
Atomtronica: sfide da affrontare e orizzonti aperti
L’atomtronica, ancora agli albori, promette applicazioni che vanno dai sensori quantistici ultra-sensibili ai dispositivi per l’informazione quantistica. Ma ci sono ancora ostacoli da superare: la manipolazione degli atomi neutri richiede condizioni estreme, con temperature vicine allo zero assoluto e sistemi ottici molto sofisticati, oltre a una precisione che pochi laboratori al mondo possono garantire.
Eppure, come sottolineano i ricercatori, questo risultato è un passo fondamentale per costruire i circuiti quantistici del futuro. Solo allora si potrà capire se l’atomtronica riuscirà davvero a cambiare il volto delle tecnologie quantistiche. Per ora, l’Italia resta tra i protagonisti della ricerca internazionale in questo campo.