Lors de travaux pour l’amélioration de la construction de machines quantiques, des chercheurs du Laboratoire national d’Oak Ridge ont récemment mesuré le courant électrique entre une pièce métallique atomiquement pointue et un supraconducteur. Cette nouvelle méthode peut rencontrer des électrons liés avec une extrême précision dans un mouvement qui pourrait aider à détecter de nouveaux types de supraconducteurs qui n’ont pas de résistance électrique. « Les circuits supraconducteurs sont actuellement à l’avant-garde de la construction de bits quantiques (qubits) et supports quantiques dans le matériel », a déclaré Toby Cubitt, directeur de Phasecraft, une société qui crée des algorithmes pour les applications quantiques. « Les qubits supraconducteurs sont des circuits électriques à semi-conducteurs, qui peuvent être conçus avec une grande précision et flexibilité. »

Les ordinateurs quantiques tirent parti du fait que les électrons peuvent sauter d’un système à un autre dans l’espace en utilisant les propriétés (mystérieuses) de la physique quantique. Si un électron s’apparie avec un autre électron juste au point où le métal et le supraconducteur se rencontrent, il pourrait former ce qu’on appelle une paire de Cooper. Le supraconducteur libère également un autre type de particule dans le métal, connu sous le nom de réflexion d’Andreev. Les chercheurs ont analysé ces réflexions d’Andreev pour détecter les paires de Cooper. Ainsi les scientifiques d’Oak Ridge ont mesuré le courant électrique entre une pointe métallique atomiquement pointue et un supraconducteur. Cette approche leur permet de détecter la quantité de réflexion d’Andreev retournant au supraconducteur. « Cette technique établit une nouvelle méthodologie critique pour comprendre la structure quantique interne de types exotiques de supraconducteurs connus sous le nom de supraconducteurs non conventionnels, nous permettant potentiellement de résoudre une variété de problèmes ouverts dans les matériaux quantiques » dixit Jose Lado, professeur adjoint à l’Université Aalto, qui a fourni le soutien théorique à la recherche.

Igor Zacharov, chercheur principal au Laboratoire de traitement de l’information quantique à Skoltech à Moscou, a déclaré qu’un supraconducteur est un état de la matière dans lequel les électrons ne perdent pas d’énergie en se dispersant sur les noyaux lorsqu’ils conduisent le courant électrique et le courant électrique. le courant peut circuler sans relâche. « Alors que les électrons ou les noyaux ont des états quantiques qui peuvent être exploités pour le calcul, le courant supraconducteur se comporte comme une unité macro quantique avec des propriétés quantiques », a-t-il ajouté. « Par conséquent, nous retrouvons la situation dans laquelle un macro-état de la matière peut être utilisé pour organiser le traitement de l’information alors qu’il a manifestement des effets quantiques qui peuvent lui donner un avantage informatique. »

Les ordinateurs quantiques supraconducteurs battent actuellement les technologies rivales en termes de taille de processeur, a déclaré Cubitt. Google a démontré la soi-disant «suprématie quantique» sur un dispositif supraconducteur de 53 qubits en 2019. IBM a récemment lancé un ordinateur quantique avec 127 qubits supraconducteurs, et Rigetti a annoncé une puce supraconductrice de 80 qubits. « Toutes les entreprises de matériel quantique ont des feuilles de route ambitieuses pour faire évoluer leurs ordinateurs dans un avenir proche », a ajouté Cubitt. « Cela a été motivé par une série d’avancées en ingénierie, qui ont permis le développement de conceptions et d’optimisations de qubits plus sophistiquées. Le plus grand défi pour cette technologie particulière est d’améliorer la qualité des portes, c’est-à-dire d’améliorer la précision avec laquelle le processeur peut manipuler les informations et exécuter un calcul. »

De meilleurs supraconducteurs pourraient être la clé de la fabrication d’ordinateurs quantiques pratiques. Michael Biercuk, PDG de la société d’informatique quantique Q-CTRL, a déclaré dans une interview que la plupart des systèmes informatiques quantiques actuels utilisent des alliages de niobium et d’aluminium, dans lesquels la supraconductivité a été découverte dans les années 1950 et 1960. « L’un des plus grands défis de l’informatique quantique aujourd’hui concerne la manière dont nous pouvons rendre les supraconducteurs encore plus performants », a ajouté Biercuk. « Par exemple, les impuretés dans la composition chimique ou la structure des métaux déposés peuvent provoquer des sources de bruit et de dégradation des performances dans les ordinateurs quantiques, ce qui conduit à des processus connus sous le nom de décohérence dans lesquels le « caractère quantique » du système est perdu. »L’informatique quantique nécessite un équilibre délicat entre la qualité d’un qubit et le nombre de qubits » explique Zacharov, « chaque fois qu’un qubit interagit avec l’environnement, par exemple en recevant des signaux pour la « programmation », il peut perdre son état intriqué. »

« Bien que nous constations de petites avancées dans chacune des directions technologiques indiquées, les combiner en un bon appareil de travail est encore insaisissable », a-t-il ajouté. Le « Saint Graal » de l’informatique quantique est un appareil avec des centaines de qubits et de faibles taux d’erreur. Les scientifiques ne s’entendent pas sur la manière d’atteindre cet objectif, mais une réponse possible consiste à utiliser des supraconducteurs. « Le nombre croissant de qubits dans un dispositif supraconducteur au silicium souligne le besoin de machines de refroidissement géantes capables de piloter de grands opérateurs. »

Laisser un commentaire