Cos’è l’Effetto Josephson?
L’Effetto Josephson è un fenomeno fisico che si verifica quando due superconduttori sono separati da uno strato sottile di materiale isolante, detto giunzione Josephson. In queste condizioni, gli elettroni attraversano la giunzione in coppie, senza perdere energia, dando luogo a oscillazioni coerenti di fase e di corrente elettrica.
L’Effetto Josephson è quindi un modo per far comunicare due superconduttori senza l’utilizzo di un filo conduttore, attraverso una sorta di “tunnel quantistico” che si forma tra i due lati della giunzione. Questo fenomeno è alla base di molte applicazioni tecnologiche che sfruttano le proprietà dei materiali superconduttori.
Storia e scoperta dell’Effetto Josephson
L’Effetto Josephson è stato scoperto nel 1962 dal fisico britannico Brian David Josephson, all’epoca ancora studente all’Università di Cambridge. Josephson aveva appena 22 anni quando pubblicò la sua scoperta, che gli valse il premio Nobel per la fisica nel 1973.
La scoperta dell’Effetto Josephson ha aperto la strada alla ricerca sui materiali superconduttori e alle loro applicazioni tecnologiche. Oggi, l’Effetto Josephson viene utilizzato in molti campi, dalla metrologia alla criptografia quantistica, dalla rivelazione di onde gravitazionali alla produzione di circuiti elettronici ad alta velocità.
Applicazioni dell’Effetto Josephson
L’Effetto Josephson ha numerose applicazioni tecnologiche, soprattutto nei campi dell’elettronica e della metrologia. Tra le applicazioni più importanti si possono citare i SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), sensori di campo magnetico estremamente sensibili utilizzati in medicina, geofisica e ricerca sui materiali.
L’Effetto Josephson viene anche utilizzato nella produzione di circuiti elettronici ad alta velocità, in particolare nei microprocessori e nei dispositivi di memoria. Inoltre, l’Effetto Josephson trova applicazioni anche nella criptografia quantistica, grazie alla capacità dei superconduttori di mantenere gli stati quantistici per lunghi periodi di tempo.
Esempi di utilizzo dell’Effetto Josephson
Un esempio di utilizzo dell’Effetto Josephson è il rivelatore di onde gravitazionali LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), che ha permesso di rilevare le onde gravitazionali emesse dalle collisioni tra buchi neri e stelle di neutroni. Il rivelatore LIGO utilizza due bracci di 4 km di lunghezza, contenenti specchi sospesi e raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto, in cui la luce laser viene fatta interferire grazie all’Effetto Josephson.
Un altro esempio di utilizzo dell’Effetto Josephson è il chip IBM qubit, un dispositivo che sfrutta le proprietà quantistiche dei superconduttori per realizzare un processore quantistico. Grazie all’Effetto Josephson, il chip IBM qubit può memorizzare e manipolare informazioni quantistiche, aprendo la strada a una nuova era di calcolo quantistico e di applicazioni avanzate come la simulazione di processi chimici e biologici complessi.
