Les scientifiques de l'University College Cork (UCC) en Irlande ont développé un nouvel outil puissant pour trouver la prochaine génération de matériaux nécessaires pour l'informatique quantique à grande échelle et tolérante aux pannes.
La percée significative signifie que, pour la première fois, les chercheurs ont trouvé un moyen de déterminer une fois et pour toutes si un matériau peut être utilisé efficacement dans certaines micropuces informatiques quantiques.
Les principales conclusions ont été publiées dans Science et sont le résultat d'une grande collaboration internationale qui comprend les principaux travaux théoriques du professeur Dung-Hai Lee à l'Université de Californie à Berkeley et de la synthèse matérielle des professeurs Sheng Ran et Johnpierre Paglione à l'Université de Washington à St. Louis et à l'Université du Maryland, respectivement.
En utilisant l'équipement trouvé dans seulement trois laboratoires dans le monde, les chercheurs du groupe Davis basés à l'UCC ont été en mesure de déterminer définitivement si l'uranium Ditelluride (UTE 2), qui est un supraconducteur connu, avait les caractéristiques nécessaires pour être un supraconducteur topologique intrinsèque.
Un supraconducteur topologique est un matériau unique qui, à sa surface, héberge de nouvelles particules quantiques nommées Majorana Fermions. En théorie, ils peuvent être utilisés pour stocker de manière stable les informations quantiques sans être dérangées par le bruit et le désordre qui affligent les ordinateurs quantiques. Les physiciens sont à la recherche d'un supraconducteur topologique intrinsèque depuis des décennies, mais aucun matériel jamais découvert n'a coché toutes les cases.
Ute 2 avait été considéré comme un matériel candidat fort pour la supraconductivité topologique intrinsèque depuis sa découverte en 2019. Cependant, aucune recherche n'avait définitivement évalué son aptitude – jusqu'à présent.
À l'aide d'un microscope à tunneling à balayage (STM) fonctionnant dans un nouveau mode inventé par Séamus Davis, professeur de physique quantique à l'UCC, une équipe dirigée par Joe Carroll, un doctorat. Le chercheur du Davis Group et Kuanysh Zhuspbekov, un boursier postdoctoral de Marie Curie, ont pu conclure une fois pour toutes 2 est le bon type de supraconducteur topologique.
Les expériences réalisées en utilisant le STM « Andreev » – ne sont pas seulement dans les laboratoires du professeur Davis à Cork, l'université d'Oxford au Royaume-Uni et l'Université Cornell à New York – ont découvert que Ute 2 est en effet un supraconducteur topologique intrinsèque, mais pas exactement le genre pour lequel les physiciens recherchent.
Cependant, la première expérience en son genre est une percée en soi.
Interrogé sur l'expérience, M. Carroll l'a décrit comme suit: « Traditionnellement, les chercheurs ont recherché des supraconducteurs topologiques en prenant des mesures en utilisant des sondes métalliques. Ils le font parce que les métaux sont des matériaux simples, ils ne jouent donc essentiellement aucun rôle dans l'expérience.
« Ce qui est nouveau dans notre technique, c'est que nous utilisons un autre supraconducteur pour sonder la surface de Ute2. Ce faisant, nous excluons les électrons de surface normaux de nos mesures, ne laissant que derrière les fermions Majorana. «
Carroll a en outre souligné que cette technique permettrait aux scientifiques de déterminer directement si d'autres matériaux conviennent à l'informatique quantique topologique.
Les ordinateurs quantiques ont la capacité de répondre en quelques secondes le type de problèmes mathématiques complexes qui prendraient des années d'ordinateurs de génération actuelle à résoudre. À l'heure actuelle, les gouvernements et les entreprises du monde entier se précipitent pour développer des processeurs quantiques avec de plus en plus de bits quantiques, mais la nature capricieuse de ces calculs quantiques récupère des progrès significatifs.
Plus tôt cette année, Microsoft a annoncé le Majorana 1, qui, selon la société, est « la première unité de traitement quantique (QPU) au monde alimentée par un noyau topologique ».
Microsoft a expliqué que pour réaliser cette avance, des supraconducteurs topologiques synthétiques basés sur des piles de matériaux conventionnelles élaborés étaient nécessaires.
Cependant, le nouveau travail du groupe Davis signifie que les scientifiques peuvent désormais trouver des matériaux uniques pour remplacer ces circuits compliqués, ce qui entraîne potentiellement une plus grande efficacité des processeurs quantiques et permettant à beaucoup plus de qubits sur une seule puce, nous rapprochant ainsi de la prochaine génération d'informatique quantique.
