Tobias Kippenberg si aggiudica il premio scientifico svizzero Marcel Benoist 2025

Il premio scientifico svizzero Marcel Benoist rappresenta una sorta di premio Nobel elvetico e porta con sé una dote di 250 000 franchi. Quest’anno è stato Tobias J. Kippenberg, professore ordinario di fisica e direttore del Laboratorio dedicato ai circuiti fotonici integrati e ai rilevamenti quantistici presso il Politecnico federale di Losanna (EPFL), ad aggiudicarsi l’ambito riconoscimento, grazie al suo eccellente lavoro nel settore dell’optomeccanica quantistica e della generazione di pettini di frequenza ottici con l’impiego di micro-risonatori ottici. Insieme al suo team, svolge infatti una preziosa opera di ricerca, indagando sui punti di contatto tra l’ottica quantistica e quella non lineare. Gli esiti del suo lavoro nel campo dell’optomeccanica hanno permesso di osservare i fenomeni quantistici anche all’interno di sistemi meccanici macroscopici (osservabili a occhio nudo), mentre la sua attività di ricerca dedicata ai pettini di frequenza ottici basati su chip ha permesso di sviluppare tecnologie avveniristiche come la telecomunicazione ottica.

L’interazione della luce

Da oltre 20 anni Tobias Kippenberg svolge ricerche sull’optomeccanica quantistica, un ambito incentrato sull’interazione tra la luce (i fotoni) e oggetti meccanici a livello quantistico, ossia quello degli atomi e delle particelle subatomiche, un contesto in cui le leggi della fisica classica non trovano più applicazione. Negli ultimi decenni grazie alla fisica quantistica si è in grado di controllare atomi, ioni e molecole. Per diverso tempo, tuttavia, il controllo in ambito quantistico di oscillatori meccanici macroscopici si è rivelato un aspetto piuttosto problematico. Questi oscillatori sono onnipresenti in ambito scientifico e tecnologico; li si utilizza, ad esempio, per le rilevazioni del tempo, come filtri nei cellulari, nei microscopi a forza atomica o nei rivelatori di onde gravitazionali.

Il 2005 si è rivelato l’anno della svolta per il fisico. Infatti è stato il primo ricercatore al mondo a osservare gli effetti di retroazione dinamica amplificata preannunciati dal fisico russo Vladimir Braginsky nel 1969: la pressione di radiazione della luce può non solo mettere in movimento gli oggetti, ma anche amplificarne il moto. Questo processo produce anche il cosiddetto raffreddamento a banda laterale, un effetto di refrigerazione oggi molto utilizzato negli esperimenti sui fenomeni quantistici. Del resto, l’optomeccanica ha consentito di osservare per la prima volta tali fenomeni su scala macroscopica e di svolgere le relative attività di ricerca.

Pettini di frequenza ottici per rilevamenti a elevata precisione

Utilizzando i pettini di frequenza ottici si possono contare i cicli della luce: grazie a questa rivoluzionaria scoperta, nel 2005 a Theodor W. Hänsch e John L. Hall è stato assegnato il premio Nobel per la fisica. Ricorrendo all’impiego di micro-risonatori ottici, due anni dopo insieme al suo team Tobias Kippenberg ha scoperto un nuovo metodo per procedere alla generazione di pettini di frequenza caratterizzati da un tasso di ripetizione e larghezze di banda ottiche incredibilmente elevati, tali da poter essere integrati su un chip. Questa cognizione inaspettata ha infranto l’assioma convenzionale secondo cui i pettini ottici potevano essere generati solo con sorgenti laser a impulsi. Ottenendo un tale risultato i ricercatori hanno creato i presupposti per realizzare progressi significativi nel campo della tecnica di misurazione ottica, dando vita così a un nuovo settore della ricerca. La scoperta dei pettini di frequenza basati su micro-risonatori ha permesso di introdurre altre innovazioni: i micropettini hanno il potenziale per aumentare significativamente la velocità di trasmissione dei dati. In più potrebbero essere utilizzati in numerosi altri settori, tra cui l’informatica neuromorfica, le misurazioni della distanza ultraveloci (LIDAR) e gli orologi atomici ottici. I micropettini offrono anche un nuovo contesto sperimentale per effettuare un lavoro di ricerca sui sistemi fisici complessi e sulla formazione di pattern in sistemi non lineari.

I ricercatori hanno creato anche circuiti integrati fotonici a bassa perdita basati sul nitruro di silicio, in modo da poter realizzare pettini di frequenza ottici basati su chip con processi di produzione che prevedono l’utilizzo di semiconduttori tradizionali. Inoltre questa innovativa tecnologia delle guide d’onda a bassa perdita ha consentito di integrare su un chip diversi sistemi ottici, tra cui si annovera anche un amplificatore ottico. La richiesta di tali strumenti, maggiormente performanti e al contempo più compatti rispetto agli amplificatori prodotti finora, è in aumento, anche perché il calcolo ad alte prestazioni, i centri di calcolo e l’intelligenza artificiale devono essere in grado di elaborare quantità di dati sempre maggiori nel minor tempo possibile.

Dal punto di vista di Tobias Kippenberg, è importante che le sue scoperte trovino un’applicazione pratica: «L’attività che svolgiamo nel campo dell’optomeccanica quantistica rientra nell’ambito della ricerca di base, ma per me è importante anche riuscire a spianare la strada verso le tecnologie future con la nostra ricerca sui circuiti fotonici integrati». Di fatto, collaborando alla fondazione dell’azienda LIGENTEC ha consentito sia al settore della ricerca sia a quello dell’industria di disporre di questa tipologia di circuiti fotonici integrati a bassa perdita.

Per Tobias Kippenberg, vincitore del premio scientifico svizzero Marcel Benoist, questo riconoscimento rappresenta «un grande onore, a testimonianza dei numerosi contributi individuali apportati dal mio team di ricercatori negli ultimi 20 anni, nonché una fonte di motivazione personale a continuare il mio lavoro di ricerca».

Cerimonia di premiazione congiunta a Palazzo federale

La Fondazione Marcel Benoist e la Fondazione Latsis hanno incaricato il Fondo nazionale svizzero (FNS) di effettuare la selezione degli studiosi ai fini dell’assegnazione dei due riconoscimenti. La cerimonia di premiazione congiunta dei premi scientifici svizzeri avrà luogo il 6 novembre 2025 nel Palazzo del Parlamento a Berna. I presidenti delle rispettive fondazioni effettueranno la premiazione alla presenza del Consigliere federale Guy Parmelin e della Presidente del Consiglio nazionale Maja Riniker.