Des chercheurs de l'Université de Cologne ont trouvé un moyen d'appliquer des propriétés supraconductrices à des matériaux connus pour ne conduire l'électricité que le long de leurs bords, marquant ainsi une étape majeure vers le développement d'ordinateurs quantiques plus fiables. Ils y sont parvenus en utilisant des électrodes en niobium pour créer des états de Majorana chiraux, des états quantiques spéciaux qui sont essentiels pour développer des bits quantiques puissants. Crédit : Issues.fr.com
Une équipe de physiciens a réussi à créer des propriétés supraconductrices dans des matériaux connus pour conduire l'électricité uniquement sur leurs bords, marquant ainsi un bond en avant potentiel dans la recherche sur la supraconductivité. l'informatique quantique technologie.
Cette réalisation, qui a échappé aux chercheurs pendant plus d’une décennie, a été rendue possible grâce à un contrôle minutieux des conditions expérimentales.
Les avancées quantiques
Une équipe de physiciens expérimentaux dirigée par l'Université de Cologne a montré qu'il était possible de créer des effets supraconducteurs dans des matériaux spéciaux connus pour leurs propriétés électriques uniques sur les bords. Cette découverte offre une nouvelle façon d'explorer les états quantiques avancés qui pourraient être cruciaux pour le développement d'ordinateurs quantiques stables et efficaces. Leur étude, intitulée « Corrélations supraconductrices induites dans un isolant Hall anormal quantique », a été publiée dans Physique de la nature.
Effet Hall anormal quantique et supraconductivité
La supraconductivité est un phénomène dans lequel l'électricité circule sans résistance dans certains matériaux. L'effet Hall quantique anormal est un autre phénomène qui provoque également une résistance nulle, mais avec une particularité : il est confiné aux bords plutôt que de se propager partout. La théorie prédit qu'une combinaison de supraconductivité et d'effet Hall quantique anormal donnera naissance à des particules protégées topologiquement appelées fermions de Majorana qui révolutionneront potentiellement les technologies futures telles que les ordinateurs quantiques. Une telle combinaison peut être obtenue en induisant la supraconductivité dans le bord d'un isolant Hall quantique anormal qui est déjà sans résistance. L'état de bord chiral de Majorana qui en résulte, qui est un type particulier de fermions de Majorana, est une clé pour réaliser des « qubits volants » (ou bits quantiques) qui sont protégés topologiquement.
Obtention d'états de Majorana chiraux
Anjana Uday, chercheuse en dernière année de doctorat dans le groupe du professeur Yoichi Ando et première auteure de l’article, explique : « Pour cette étude, nous avons utilisé des couches minces de l’isolant Hall anormal quantique contacté par une électrode supraconductrice en niobium et avons essayé d’induire des états de Majorana chiraux sur ses bords. Après cinq ans de travail acharné, nous avons finalement pu atteindre cet objectif : lorsque nous injectons un électron dans une borne du matériau isolant, il se réfléchit sur une autre borne, non pas sous la forme d’un électron mais sous la forme d’un trou, qui est essentiellement un fantôme d’électron de charge opposée. Nous appelons ce phénomène la réflexion d’Andreev croisée, et il nous permet de détecter la supraconductivité induite dans l’état de bord topologique. »
La clé du succès et de la collaboration
Gertjan Lippertz, chercheur postdoctoral au sein du groupe Ando et co-premier auteur de l’article, a ajouté : « Cette expérience a été tentée par de nombreux groupes au cours des dix dernières années, depuis la découverte de l’effet Hall quantique anormal, mais personne n’y est parvenu jusqu’à présent. La clé de notre succès réside dans le fait que le dépôt du film isolant de l’effet Hall quantique anormal, chaque étape de la fabrication du dispositif, ainsi que les mesures à très basse température sont tous effectués dans le même laboratoire. Cela n’est pas possible ailleurs. »
Pour parvenir à ces résultats, le groupe de Cologne a collaboré avec des collègues de la KU Leuven, de l’Université de Bâle et du Forschungszentrum Jülich. Ce dernier a apporté un soutien théorique au sein du Cluster of Excellence Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q). « Le Cluster a joué un rôle déterminant dans la mise en place du cadre collaboratif et des ressources nécessaires à cette percée », a expliqué Yoichi Ando, professeur de physique expérimentale à l’Université de Cologne et porte-parole du ML4Q.
Orientations futures de l'informatique quantique
Cette découverte ouvre de nombreuses perspectives de recherche future. Les prochaines étapes incluent des expériences visant à confirmer directement l’émergence des fermions de Majorana chiraux et à élucider leur nature exotique. La compréhension et l’exploitation de la supraconductivité topologique et des états de bord de Majorana chiraux pourraient révolutionner l’informatique quantique en fournissant des qubits stables, moins sensibles à la décohérence et à la perte d’information. La plateforme démontrée dans cette étude offre une voie prometteuse pour atteindre ces objectifs, conduisant potentiellement à des ordinateurs quantiques plus robustes et évolutifs.
