Un nouveau supraconducteur pourrait ouvrir la voie aux ordinateurs quantiques.

• Une équipe internationale de chercheurs a créé un état spécial de supraconductivité qui peut être contrôlé par le magnétisme.
• Cette découverte pourrait faire avancer le développement des ordinateurs quantiques.
• Le nouveau supraconducteur est un dispositif hybride constitué d'un supraconducteur proximité-stable amélioré par le magnétisme.

Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Université de Würzburg a réussi à créer un état spécial de supraconductivité. Cette découverte pourrait faire progresser le développement des ordinateurs quantiques.

L'article discutant de la recherche a été publié dans Nature Physics intitulé "Courant superconducteur magnétiquement réglable dans des jonctions de Josephson à base d'isolants topologiques magnétiques dilués".

Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire l'électricité sans résistance électrique - ce qui en fait le matériau de base idéal pour les composants électroniques des IRM, des trains à lévitation magnétique et même des accélérateurs de particules. Cependant, les supraconducteurs conventionnels sont facilement perturbés par le magnétisme. Un groupe international de chercheurs a réussi à construire un dispositif hybride composé d'un supraconducteur stabilisé par proximité amélioré par le magnétisme et dont la fonction peut être spécifiquement contrôlée.

Support d'échantillon pour les mesures à millikelvin (-273° C). Crédit photo : Mandal/JMU, modifié sur les côtés avec Firefly. Université de Würzburg. Cliquez sur le lien du communiqué de presse pour afficher en grand.

Ils ont combiné le supraconducteur avec un matériau semi-conducteur spécial appelé isolant topologique. "Les isolants topologiques sont des matériaux qui conduisent l'électricité à leur surface mais pas à l'intérieur. Cela est dû à leur structure topologique unique, c'est-à-dire l'arrangement spécial des électrons", a expliqué le professeur Charles Gould, physicien à l'Institut des isolants topologiques de l'Université de Würzburg (JMU). "Ce qui est passionnant, c'est que nous pouvons équiper les isolants topologiques avec des atomes magnétiques pour qu'ils puissent être contrôlés par un aimant."

Les supraconducteurs et les isolants topologiques ont été couplés pour former ce qu'on appelle une jonction Josephson, une connexion entre deux supraconducteurs séparés par une fine couche de matériau non supraconducteur. "Cela nous a permis de combiner les propriétés de la supraconductivité et des semi-conducteurs", a déclaré Gould. "Nous combinons ainsi les avantages d'un supraconducteur avec la contrôlabilité de l'isolant topologique. En utilisant un champ magnétique externe, nous pouvons maintenant contrôler précisément les propriétés supraconductrices. Il s'agit d'une véritable avancée en physique quantique!"

La Supraconductivité à la Rencontre du Magnétisme

La combinaison spéciale crée un état exotique dans lequel la supraconductivité et le magnétisme sont combinés - normalement ces phénomènes sont opposés et coexistent rarement. C'est ce qu'on appelle l'état Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) induit par proximité. Le nouveau "superconducteur avec une fonction de contrôle" pourrait être important pour des applications pratiques, telles que le développement des ordinateurs quantiques. Contrairement aux ordinateurs conventionnels, les ordinateurs quantiques sont basés non pas sur des bits mais sur des bits quantiques (qubits), qui peuvent prendre non pas seulement deux mais plusieurs états simultanément.

"Le problème est que les bits quantiques sont actuellement très instables car ils sont extrêmement sensibles aux influences externes, telles que les champs électriques ou magnétiques", a expliqué le physicien Gould. "Notre découverte pourrait aider à stabiliser les bits quantiques pour qu'ils puissent être utilisés dans les ordinateurs quantiques à l'avenir."

Équipe Internationale de Recherche Quantique

La recherche expérimentale a été menée par une équipe de la chaire de physique expérimentale III du professeur Laurens W. Molenkamp à Würzburg. Elle a été réalisée en étroite collaboration avec des experts théoriques du groupe du professeur F. Sebastian Bergeret du Centre de Physique des Matériaux (CFM) à San Sebastian, en Espagne, et du professeur Teun M. Klapwijk de l'Université de Technologie de Delft aux Pays-Bas.

Le groupe de recherche international a été financé par le Cluster d'Excellence ct.qmat (Complexité et Topologie dans les Matériaux Quantiques), la Fondation Allemande pour la Recherche (DFG), l'État libre de Bavière, l'Agence Espagnole de la Recherche (AEI), le programme de recherche européen Horizon 2020 et le Programme de Subventions Avancées de l'ERC de l'UE.

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Cela répond en partie à l'une des questions que les observateurs intéressés se posent depuis des années sur le champ magnétique naturel autour d'un supraconducteur sous tension. Ce n'est pas une surprise qu'un champ magnétique intrusif causerait des problèmes à un supraconducteur. Pourtant, il est également assez surprenant que la technologie prospective soit déjà en train de se préciser.

Un jour, il semble que la question de la température sera le seul problème majeur restant.

Par Brian Westenhaus via New Energy and Fuel

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