Une équipe de physiciens a découvert un nouvel état de la matière : la supraconductivité topologique. Une avancée qui offre des perspectives prometteuses pour l’accroissement des capacités de stockage des dispositifs électroniques ainsi que pour l’amélioration de la vitesse de calcul dans le cadre de l’informatique quantique.
« Nos recherches ont permis de révéler des preuves expérimentales d’un nouvel état de la matière, la supraconductivité topologique », déclare Javad Shabani, professeur adjoint de physique à l’Université de New York.
L’étude est focalisée sur l’informatique quantique, une nouvelle branche de l’informatique encore en plein essor, permettant d’effectuer des calculs à des vitesses nettement supérieures à celles de l’informatique classique. Elle a été dirigée par Igor Zutic de l’Université de Buffalo ainsi que par Alex Matos-Abiague, de la Wayne State University.
Selon ce que révèlent les chercheurs, ce nouvel état topologique de la matière peut être exploité pour accélérer le calcul en informatique quantique et pour augmenter la capacité de stockage des dispositifs électroniques.
Cette augmentation de vitesse est principalement due au fait que les ordinateurs classiques travaillent avec de « simples » bits numériques pouvant prendre comme valeurs 0 ou 1, tandis que les ordinateurs quantiques utilisent des bits quantiques (qubits). Les qubits peuvent avoir comme valeur 0, 1 ou les deux en même temps (superposition), augmentant ainsi de manière exponentielle la capacité et la vitesse de traitement des données.
Dans leurs travaux, Shabani et ses collègues ont analysé la transition d’un état quantique, de son état conventionnel à un nouvel état topologique, en mesurant la barrière d’énergie entre ces états. Ils ont complété cette analyse en mesurant directement les caractéristiques de signature de cette transition dans le paramètre d’ordre qui gouverne la nouvelle phase de supraconductivité topologique. Les résultats de l’étude sont déjà disponibles sur le site de pré-publication arXiv.
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Dans le cadre de cette approche, ils ont concentré les analyses sur les particules de Majorana (ou fermions de Majorana), des particules connues pour être également leurs propres antiparticules (une antiparticule étant de même masse, mais de charge physique opposée).
Les particules de Majorana ont été choisies en raison de leur potentiel de stockage quantique dans un espace de calcul spécial, où les informations quantiques sont protégées du bruit environnant.
Cependant, il n’existe pas de matériau hôte naturel pour ces fermions. En conséquence, les chercheurs ont tenté de concevoir des nouvelles formes de matière sur lesquelles ces calculs pourraient être effectués.
« La nouvelle découverte de la supraconductivité topologique dans une plate-forme à deux dimensions ouvre la voie à la conception de qubits topologiques évolutifs permettant de stocker non seulement des informations quantiques, mais également de manipuler les états quantiques sans erreur », explique Shabani.
