Dans l’univers de la physique à basse température, le travail d’Elena Hassinger, experte en la matière, a toujours été associé à des températures extrêmement basses. En 2021, elle a fait une découverte qui pourrait changer la donne dans le domaine de l’informatique quantique.
Un superconducteur non conventionnel
Les recherches d’Elena Hassinger, spécialiste de la physique à basse température travaillant chez ct.qmat—Complexité et Topologie dans la Matière Quantique (une initiative conjointe de deux universités à Würzburg et Dresde), ont toujours été synonymes de froid extrême. En 2021, elle a découvert le supraconducteur non conventionnel cérium-rhodium-arsenic (CeRh2As2).
Les supraconducteurs ont normalement une seule phase de transport d’électrons sans résistance, qui se produit en dessous d’une certaine température critique. Cependant, comme rapporté dans la revue académique Science, le CeRh2As2 est jusqu’à présent le seul matériau quantique à présenter deux états supraconducteurs certains.
Un potentiel énorme pour l’informatique quantique topologique
La conduction de courant sans perte dans les supraconducteurs est restée un point central de la physique de l’état solide pendant des décennies et est apparue comme une perspective significative pour l’avenir de l’ingénierie électrique. La découverte d’une deuxième phase supraconductrice dans le CeRh2As2, qui résulte d’une structure cristalline asymétrique autour de l’atome de cérium (le reste de la structure cristalline est complètement symétrique), positionne ce composé comme un candidat de choix pour une utilisation dans l’informatique quantique topologique.
Elena Hassinger prévoit d’étendre sa recherche à d’autres matériaux quantiques présentant des propriétés structurelles inhabituelles similaires, dans l’espoir d’atteindre la supraconductivité topologique à des températures plus élevées.
Subvention : un coup de pouce de 2,7 millions d’euros
Le Conseil européen de la recherche a accordé à Hassinger 2,7 millions d’euros pour son projet « Etats quantiques exotiques par la rupture locale de la symétrie d’inversion dans des conditions extrêmes—Ixtreme ». Au cours des cinq prochaines années, elle compte utiliser ce financement pour approfondir son étude du « miracle » supraconducteur CeRh2As2 dans ses laboratoires de Dresde, découvrir des matériaux quantiques apparentés, et contribuer à une percée significative dans l’informatique quantique topologique.
« Si nous pouvons confirmer les prédictions théoriques des états de surface topologiques sur mon composé de cérium-rhodium-arsenic en laboratoire, cela pourrait ouvrir la voie à la création de bits quantiques topologiques (qubits). Ce serait un grand pas en avant », explique la chercheuse.
Recherche innovante dans des conditions de laboratoire extrêmes
Dans sa quête pour étudier le supraconducteur non conventionnel cérium-rhodium-arsenic, Elena Hassinger a d’abord besoin d’un cryostat pour refroidir l’échantillon de matériau à moins de 0,35 Kelvin (-272,8 degrés Celsius). « Cette machine coûte plus d’un million d’euros. Les négociations sont déjà en cours », révèle-t-elle. Lorsque l’échantillon est suffisamment froid, il sera soumis à une pression intense et à un champ magnétique ultra-puissant allant jusqu’à 18 Tesla, dépassant largement le champ de 0,1 Tesla d’un aimant à fer à cheval typique.
« Réaliser ces mesures de champ magnétique à haute pression pourrait prendre plusieurs mois, nécessitant des ajustements précis quotidiens », explique Elena Hassinger, décrivant son approche expérimentale. Son objectif est d’examiner de près la deuxième phase supraconductrice du cérium-rhodium-arsenic afin de prouver enfin que le matériau est un supraconducteur topologique.
Perspectives
« Le Conseil européen de la recherche finance des recherches pionnières prometteuses avec la subvention ERC Consolidator Grant. Elena Hassinger est une physicienne expérimentée qui a découvert un matériau exceptionnel. Avec cette nouvelle subvention, elle vise à être la première à caractériser expérimentalement ses états quantiques exotiques et à trouver également des états quantiques apparentés dans des matériaux similaires à des températures plus élevées », conclut le professeur Matthias Vojta, porte-parole de ct.qmat à Dresde. « Nous sommes ravis de l’avoir dans notre famille de recherche ct.qmat », ajoute-t-il.
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En synthèse
Les travaux d’Elena Hassinger sur le supraconducteur non conventionnel cérium-rhodium-arsenic pourraient ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l’informatique quantique topologique. Grâce à une subvention de 2,7 ME du Conseil européen de la recherche, elle poursuivra ses recherches dans l’espoir de confirmer les prédictions théoriques et de faire avancer ce domaine passionnant de la physique.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le cérium-rhodium-arsenic (CeRh2As2) ?
Le CeRh2As2 est un supraconducteur non conventionnel découvert par Elena Hassinger. Il est unique en ce sens qu’il présente deux états supraconducteurs, contrairement aux supraconducteurs traditionnels qui n’en ont qu’un.
Qu’est-ce que l’informatique quantique topologique ?
L’informatique quantique topologique est un domaine de recherche qui explore l’utilisation de qubits topologiques, connus pour leur robustesse, dans le traitement de l’information quantique.
Qu’est-ce que la subvention ERC Consolidator Grant ?
La subvention ERC Consolidator Grant est une aide financière accordée par le Conseil européen de la recherche pour soutenir des recherches pionnières prometteuses. Elena Hassinger a reçu 2,7 millions d’euros de cette subvention pour son projet.
Quels sont les défis de la recherche d’Elena Hassinger ?
La recherche d’Elena Hassinger implique des conditions de laboratoire extrêmes, notamment le refroidissement d’échantillons à des températures très basses et leur soumission à une pression intense et à un champ magnétique ultra-puissant.
Quel est l’objectif final de la recherche d’Elena Hassinger ?
L’objectif final de la recherche d’Elena Hassinger est de prouver que le CeRh2As2 est un supraconducteur topologique, ce qui pourrait ouvrir la voie à son utilisation dans l’informatique quantique topologique.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Elena Hassinger a découvert le supraconducteur non conventionnel CeRh2As2. |
| Le CeRh2As2 présente deux états supraconducteurs. |
| Le CeRh2As2 pourrait être utilisé dans l’informatique quantique topologique. |
| Hassinger a reçu une subvention de 2,7 millions d’euros du Conseil européen de la recherche. |
| Hassinger prévoit d’étendre sa recherche à d’autres matériaux quantiques. |
| Les qubits topologiques sont connus pour leur robustesse. |
| La recherche d’Hassinger implique des conditions de laboratoire extrêmes. |
| Hassinger vise à prouver que le CeRh2As2 est un supraconducteur topologique. |
| Le Conseil européen de la recherche finance des recherches pionnières prometteuses. |
| Hassinger est une physicienne expérimentée qui a découvert un matériau exceptionnel. |
Références
Légende illustration principale : Elena Hassinger est titulaire de la chaire de physique à basse température des systèmes électroniques complexes au sein du pôle d’excellence Würzburg-Dresden ct.qmat. Elle vient de recevoir 2,7 millions d’euros du Conseil européen de la recherche pour poursuivre ses recherches pionnières sur les supraconducteurs non conventionnels. Sa chaire est basée à l’Université technique de Dresde. Crédit : Tobias Ritz/ct.qmat
Les informations de cet article sont basées sur les recherches d’Elena Hassinger et ont été publiées dans la revue académique Science.
