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Les dernières années ont vu l’essor de progrès considérables dans le domaine de l’informatique quantique. Bien qu’un long chemin soit encore nécessaire avant la commercialisation d’ordinateurs quantiques, plusieurs prototypes ont déjà montré des résultats très satisfaisants. Et récemment, une équipe de physiciens de l’université Johns-Hopkins a découvert des propriétés quantiques spécifiques au sein d’un matériau supraconducteur qui pourrait grandement accélérer le développement des ordinateurs quantiques. 

Les ordinateurs quantiques capables d’effectuer des calculs complexes, de chiffrer les données de manière plus sécurisée et de prédire plus rapidement la propagation des virus, pourraient être plus proches grâce à une nouvelle découverte des chercheurs de Johns Hopkins. « Nous avons constaté qu’un certain matériau supraconducteur contient des propriétés spéciales qui pourraient constituer les fondements de la technologie quantique du futur » déclare Yufan Li, chercheur au département de physique et d’astronomie.

Les ordinateurs actuels utilisent des bits pour stocker des informations, qui existent dans deux états, 0 ou 1. Les ordinateurs quantiques quant à eux, basés sur les lois de la mécanique quantique, utilisent des bits quantiques, ou qubits, qui utilisent non seulement deux états, mais également une superposition de ces deux états (superposition quantique).

L’écueil des supraconducteurs traditionnels dans la manipulation des qubits

Cette capacité à utiliser de tels qubits rend les ordinateurs quantiques beaucoup plus puissants que les ordinateurs existants pour résoudre certains types de problèmes, tels que ceux liés à l’intelligence artificielle, au développement de médicaments, à la cryptographie, à la modélisation financière et à la prévision météorologique.

« Une mise en œuvre plus réaliste et tangible du qubit peut être un anneau en matériau supraconducteur, appelé flux qubit, dans lequel deux états avec des courants électriques circulant dans le sens horaire et antihoraire peuvent exister simultanément » déclare Chia-Ling Chien, professeur de physique à Johns Hopkins.

Pour exister entre deux états, les qubits utilisant des supraconducteurs traditionnels nécessitent l’application d’un champ magnétique externe très précis sur chaque qubit, les rendant ainsi difficiles à exploiter de manière pratique.

Supraconducteur β-Bi2Pd : un matériau naturellement prédisposé aux qubits

Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue Science, Li et ses collègues ont découvert qu’un anneau de β-Bi2Pd existe déjà naturellement entre deux états en l’absence de champ magnétique externe. Le courant peut intrinsèquement circuler dans le sens horaire et antihoraire, simultanément.

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anneau qubit

Vue d’artiste d’un qubit réalisé au moyen d’un anneau supraconducteur. Dans un tel anneau, le flux de courant peut se déplacer simultanément dans les sens horaire et antihoraire. Crédits : Yufan Li

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« Un anneau de β-Bi2Pd existe déjà dans l’état idéal et ne nécessite aucune modification supplémentaire pour fonctionner. Cela pourrait changer la donne » explique Li.

La prochaine étape consiste à rechercher les fermions de Majorana dans l’anneau β-Bi2Pd. Les fermions de Majorana sont des particules qui sont leur propre antiparticule, et qui sont nécessaires au prochain niveau d’ordinateurs quantiques résistants aux perturbations : les ordinateurs quantiques topologiques.

La recherche des fermions des Majorana

Les fermions de Majorana dépendent d’un type spécial de matériau supraconducteur — un supraconducteur à spin-triplet, avec deux électrons dans chaque paire, alignant leurs spins de manière parallèle — qui jusqu’ici était difficile à atteindre par les scientifiques.

Maintenant, grâce à une série d’expériences, Li et ses collègues ont découvert que les couches minces de β-Bi2Pd possèdent les propriétés spéciales nécessaires à l’avenir de l’informatique quantique.

Les physiciens doivent encore découvrir le supraconducteur spin-triplet intrinsèque nécessaire pour faire progresser l’informatique quantique, mais Li espère que la découverte des propriétés spéciales de β-Bi2Pd conduira à la découverte prochaine de fermions de Majorana dans le matériau.

Sources : arXiv

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