Les ordinateurs quantiques sont souvent présentés comme la prochaine révolution technologique, car ils seront capables de résoudre des problèmes complexes bien plus rapidement que les ordinateurs traditionnels. Cependant, un défi majeur subsiste : ces machines sensibles aux perturbations externes, comme les variations de température ou les interférences électromagnétiques, souffrent de ce que l’on appelle la « décohérence ». Cela les empêche de fonctionner de manière fiable. Toutefois, une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à Riverside a récemment fait une découverte qui pourrait ouvrir la voie à des ordinateurs quantiques plus robustes et plus fiables : un nouveau matériau supraconducteur capable de réduire considérablement ce phénomène. Ce matériau pourrait représenter une étape clé dans le développement de systèmes quantiques plus puissants.
Qu’est-ce qu’un supraconducteur et pourquoi est-il essentiel pour les ordinateurs quantiques ?
Un supraconducteur est un matériau qui cesse de présenter toute résistance électrique lorsqu’il est refroidi en dessous d’une certaine température. Cela signifie que les électrons peuvent circuler à travers le matériau sans aucune opposition, un phénomène qui permet un transfert d’énergie ou d’informations presque sans perte. Ce comportement est crucial dans de nombreuses applications, notamment pour les systèmes qui nécessitent une conductivité parfaite, comme les aimants à haute puissance ou les lignes de transmission d’énergie sans perte.
Dans le contexte des ordinateurs quantiques, les informations sont traitées par des unités appelées « qubits » (bits quantiques). Contrairement aux bits classiques qui peuvent seulement être dans un état de 0 ou de 1, les qubits peuvent exister simultanément dans plusieurs états grâce aux principes de la superposition et de l’entrelacement quantiques. La superposition permet à un qubit d’être à la fois 0 et 1 jusqu’à ce qu’il soit mesuré, tandis que l’entrelacement permet à des qubits séparés de rester connectés et d’influencer instantanément l’état de l’autre, même à distance.
Les supraconducteurs sont utilisés pour manipuler ces qubits, car leur capacité à transporter l’information sans résistance est essentielle pour créer des états quantiques stables. Cependant, l’un des principaux obstacles est que les qubits sont très sensibles aux interférences extérieures, comme les variations de température ou les champs électromagnétiques. C’est ici qu’un matériau supraconducteur amélioré peut intervenir. En effet, en réduisant la décohérence, c’est-à-dire la perte d’informations quantiques, un meilleur supraconducteur pourrait rendre les calculs plus fiables et moins sujets aux erreurs causées par l’environnement.
Une découverte innovante : le supraconducteur à interface bidimensionnelle
Des chercheurs de l’Université de Californie à Riverside ont mis au point un matériau supraconducteur innovant en combinant un matériau non magnétique appelé tellure trigonal avec un film d’or ultra-fin. Le tellure trigonal est un matériau chiral, ce qui signifie que ses molécules n’ont pas de symétrie miroir, une propriété cruciale en physique quantique. En d’autres termes, l’orientation de ses molécules influe directement sur ses propriétés quantiques, ce qui peut être exploité dans des systèmes quantiques complexes comme les ordinateurs.
En associant ce tellure trigonal à l’or, les chercheurs ont créé une interface bidimensionnelle extrêmement propre entre les deux matériaux. Cette interface est particulièrement importante, car elle permet de maintenir une polarisation très bien définie. La polarisation est un paramètre essentiel en physique quantique, notamment pour la manipulation des qubits. Grâce à cette propriété, le matériau pourrait potentiellement être utilisé pour contrôler les qubits avec une précision accrue, rendant les calculs quantiques plus stables.
Une autre caractéristique notable du matériau est sa capacité à devenir plus robuste lorsqu’il est soumis à un champ magnétique, ce qui suggère qu’il pourrait se transformer en un supraconducteur triplet. Ce type de supraconducteur est plus résistant aux champs magnétiques que les supraconducteurs classiques qui peuvent perdre leurs propriétés quantiques lorsqu’ils sont exposés à des champs trop forts. En offrant une meilleure résistance aux perturbations extérieures, ce matériau pourrait améliorer la stabilité et la fiabilité des systèmes quantiques, ce qui est essentiel pour le développement d’ordinateurs quantiques performants.
Les prochaines étapes et les défis à relever
Bien que cette découverte soit prometteuse, plusieurs défis restent à relever avant que ce matériau puisse être intégré dans des systèmes quantiques à grande échelle. L’un des principaux enjeux est la température à laquelle ce matériau fonctionne efficacement qui est souvent proche du zéro absolu (0 K, soit -273,15°C). Bien que le matériau montre une grande stabilité, il reste à déterminer s’il peut être utilisé à des températures plus élevées, ce qui ouvrirait la voie à des ordinateurs quantiques plus faciles à produire et à exploiter.
Les chercheurs devront également continuer à tester la robustesse du matériau dans des conditions variées et déterminer comment le fabriquer à plus grande échelle. Cependant, les résultats obtenus jusqu’à présent sont encourageants et laissent entrevoir un avenir où ce type de supraconducteur pourrait jouer un rôle clé dans l’évolution des ordinateurs quantiques.
