Une équipe de chercheurs américains a mis au point une méthode innovante pour transformer des matériaux du quotidien en matériaux utilisables dans la construction d’ordinateurs quantiques.
Des chercheurs de l’Université de Californie, Irvine et du Laboratoire National de Los Alamos, ont récemment publié dans la revue Nature Communications une description de leur découverte. Ils ont réussi à transformer des matériaux courants, comme le verre, en matériaux que les scientifiques peuvent utiliser pour fabriquer des ordinateurs quantiques.
« Les matériaux que nous avons créés sont des substances qui présentent des propriétés électriques ou quantiques uniques en raison de leurs formes ou structures atomiques spécifiques », a indiqué Luis A. Jauregui, professeur de physique et d’astronomie à l’UCI et auteur principal de l’article. « Si nous pouvions transformer le verre, généralement considéré comme un matériau isolant, et le convertir en conducteurs efficaces semblables au cuivre. C’est ce que nous avons fait. »
Les ordinateurs quantiques : au-delà des limites du silicium
Les ordinateurs conventionnels utilisent le silicium comme conducteur, mais le silicium a ses limites. Les ordinateurs quantiques promettent de contourner ces limites, et des méthodes comme celles décrites dans la nouvelle étude aideront à faire des ordinateurs quantiques une réalité quotidienne.
« Cette expérience repose sur les capacités uniques que nous avons à l’UCI pour cultiver des matériaux quantiques de haute qualité. Comment pouvons-nous transformer ces matériaux qui sont de mauvais conducteurs en bons conducteurs ? » a ajouté le professeur de physique, qui est également membre de l’Institut Quantique Eddleman de l’UCI. « C’est ce que nous avons fait dans cet article. Nous avons appliqué de nouvelles techniques à ces matériaux, et nous les avons transformés en bons conducteurs. »
La clé : l’application de la bonne contrainte
La clé, a expliqué Luis A. Jauregui, était d’appliquer le bon type de contrainte aux matériaux à l’échelle atomique. Pour ce faire, l’équipe a conçu un appareil spécial appelé «station de flexion» à l’atelier de l’école des sciences physiques de l’UCI qui leur a permis d’appliquer une grande contrainte pour changer la structure atomique d’un matériau appelé pentatellurure de hafnium d’un matériau « trivial » en un matériau adapté à un ordinateur quantique.
« Pour créer de tels matériaux, nous devons ‘percer des trous’ dans la structure atomique », a t-il précisé. « La contrainte nous permet de le faire. »
« Vous pouvez également activer ou désactiver le changement de structure atomique en contrôlant la contrainte, ce qui est utile si vous voulez créer un interrupteur on-off pour le matériau dans un ordinateur quantique à l’avenir », a expliqué pour sa part Jinyu Liu, auteur principal de l’article et chercheur postdoctoral travaillant avec Luis A.Jauregui.
Des simulations théoriques pour une meilleure compréhension
« Je suis satisfait de la manière dont les simulations théoriques offrent des aperçus profonds des observations expérimentales, accélérant ainsi la découverte de méthodes pour contrôler les états quantiques de nouveaux matériaux », a déclaré le co-auteur Ruqian Wu, professeur de physique et directeur associé du Centre UCI pour les Matériaux Complexes et Actifs – un Centre de Recherche en Science et Ingénierie des Matériaux de la National Science Foundation (MRSEC). « Cela souligne le succès des efforts de collaboration impliquant une expertise diversifiée dans la recherche de pointe. »
Un pas de plus vers la réalité des ordinateurs quantiques
« Je suis ravi que notre équipe ait pu montrer que ces états de matériaux insaisissables et très recherchés peuvent être réalisés », a souligné également Michael Pettes, co-auteur de l’étude et scientifique au Centre for Integrated Nanotechnologies au Los Alamos National Laboratory. « C’est prometteur pour le développement de dispositifs quantiques, et la méthodologie que nous démontrons est compatible pour l’expérimentation sur d’autres matériaux quantiques également. »
Actuellement, les ordinateurs quantiques n’existent que dans quelques endroits, comme dans les bureaux de sociétés comme IBM, Google et Rigetti.
« Google, IBM et de nombreuses autres entreprises recherchent des ordinateurs quantiques efficaces que nous pouvons utiliser dans notre vie quotidienne », a conclu Luis A.Jauregui. « Notre espoir est que cette nouvelle recherche aide à rendre la promesse des ordinateurs quantiques plus réelle. »
Le financement provient de l’UCI-MRSEC – une subvention CAREER de la NSF à Jauregui et des fonds du programme de recherche dirigée et de développement dirigé du Laboratoire National de Los Alamos.
Légende illustration : Une « station de pliage », un dispositif conçu dans le laboratoire de Luis Jaurequi, professeur de physique et d’astronomie à l’UCI, peut modifier les caractéristiques électriques des matériaux à l’échelle atomique. Steve Zylius / UCI
