Clé à emporter
- La fabrication d'ordinateurs quantiques pratiques pourrait dépendre de la recherche de meilleures façons d'utiliser des matériaux supraconducteurs sans résistance électrique.
- Des chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge ont découvert une méthode pour trouver des électrons liés avec une extrême précision.
- Les ordinateurs quantiques supraconducteurs battent actuellement les technologies concurrentes en termes de taille de processeur.
Des ordinateurs quantiques pratiques pourraient bientôt arriver avec des implications profondes pour tout, de la découverte de médicaments à la décryptage.
Dans un pas vers la construction de meilleures machines quantiques, des chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge ont récemment mesuré le courant électrique entre une pointe métallique atomiquement pointue et un supraconducteur. Cette nouvelle méthode peut trouver 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 de portes quantiques dans le matériel", a déclaré Toby Cubitt, directeur de Phasecraft, une société qui construit des algorithmes pour les applications quantiques, à Lifewire dans un e-mail. interview. "Les qubits supraconducteurs sont des circuits électriques à semi-conducteurs, qui peuvent être conçus avec une grande précision et flexibilité."
Action effrayante
Les ordinateurs quantiques tirent parti du fait que les électrons peuvent sauter d'un système à un autre dans l'espace en utilisant les mystérieuses propriétés 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 recherché ces réflexions d'Andreev pour détecter les paires de Cooper.
Université A alto / José Lado
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, Jose Lado, professeur adjoint à A alto University, qui a fourni un soutien théorique à la recherche, a déclaré dans un communiqué de presse.
Igor Zacharov, chercheur principal au Laboratoire de traitement de l'information quantique, Skoltech à Moscou, a déclaré à Lifewire par e-mail qu'un supraconducteur est un état de la matière dans lequel les électrons ne perdent pas d'énergie en se dispersant sur les noyaux lors de la conduite du le courant électrique et le courant électrique peuvent 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 macro unité quantique aux 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."
L'un des plus grands défis de l'informatique quantique aujourd'hui concerne la façon dont nous pouvons rendre les supraconducteurs encore plus performants.
L'avenir supraconducteur
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 par e-mail 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 façon dont nous pouvons rendre les supraconducteurs encore plus performants", a ajouté Biercuk. "Par exemple, des 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. Celles-ci conduisent à des processus connus sous le nom de décohérence dans lesquels la "quantité" du système est perdue."
L'informatique quantique nécessite un équilibre délicat entre la qualité d'un qubit et le nombre de qubits, a expliqué Zacharov. Chaque fois qu'un qubit interagit avec l'environnement, par exemple en recevant des signaux de "programmation", il peut perdre son état intriqué.
"Bien que nous constations de petites avancées dans chacune des directions technologiques indiquées, il est encore difficile de les combiner en un bon appareil de travail", 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 parviennent pas à s'entendre 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 volumes opérationnels proches de la température zéro absolu", a déclaré Zacharov.
