Plongeons dans l’univers de la physique quantique et de l’électronique où une équipe de chercheurs du MIT, accompagnée de leurs collaborateurs, a conçu un dispositif supraconducteur prometteur. Celui-ci pourrait bien transformer la manière dont le courant est transféré à travers les appareils électroniques, ouvrant la voie à des technologies plus économes en énergie.
Un dispositif supraconducteur simple et économe en énergie
Les chercheurs ont mis au point un nouveau type de diode, un commutateur qui pourrait significativement réduire la consommation énergétique des systèmes informatiques à forte puissance. Cette problématique de consommation d’énergie dans les systèmes informatiques est un enjeu majeur qui ne fait que croître avec le temps.
Malgré un stade de développement encore préliminaire, cette diode s’avère être plus de deux fois plus efficace que ses homologues précédemment rapportées.
Cette découverte pourrait également jouer un rôle clé dans l’essor des technologies liées à l’informatique quantique. Les détails de cette recherche ont été publiés dans l’édition en ligne de Physical Review Letters et ont fait l’objet d’un article dans Physics Magazine.
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Un interrupteur supraconducteur à l’horizon
Les diodes, ces dispositifs qui permettent au courant de circuler facilement dans une direction mais pas dans l’autre, sont omniprésentes dans les systèmes informatiques. Les puces informatiques modernes contiennent des milliards de dispositifs similaires à des diodes, appelés transistors. Cependant, ces dispositifs peuvent générer beaucoup de chaleur due à la résistance électrique, nécessitant ainsi d’énormes quantités d’énergie pour refroidir les systèmes à forte puissance dans les datacenters.
En conséquence, la création de diodes composées de supraconducteurs est un sujet brûlant en physique de la matière condensée. En effet, les supraconducteurs transmettent le courant sans aucune résistance en dessous d’une certaine basse température (la température critique), et sont donc beaucoup plus efficaces que leurs cousins semiconducteurs, qui ont une perte d’énergie notable sous forme de chaleur.
« L’effet que nous avons découvert est en partie dû à une propriété omniprésente des supraconducteurs qui peut être réalisée de manière très simple et directe. C’est une évidence, » explique Jagadeesh Moodera responsable des travaux actuels au département de physique du MIT.
Une découverte quelque peu fortuite
En 2020, le Pr. Moodera et ses collègues ont observé des preuves d’une paire de particules exotiques connues sous le nom de fermions de Majorana. Ces paires de particules pourraient conduire à une nouvelle famille de qubits topologiques, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques. En réfléchissant aux approches de création de diodes supraconductrices, l’équipe a réalisé que la plateforme matérielle qu’ils avaient développée pour le travail sur les Majorana pourrait également être appliquée au problème des diodes.
En utilisant cette plateforme générale, ils ont développé différentes itérations de diodes supraconductrices, chacune plus efficace que la précédente. Ils ont ensuite créé une autre diode, cette fois en superposant un supraconducteur à un ferromagnétique, un matériau qui produit son propre minuscule champ magnétique.
Des propriétés omniprésentes
Outre la transmission du courant sans résistance, les supraconducteurs ont également d’autres propriétés moins connues mais tout aussi omniprésentes. Par exemple, ils n’aiment pas que les champs magnétiques pénètrent à l’intérieur. Lorsqu’ils sont exposés à un minuscule champ magnétique, les supraconducteurs produisent un courant interne qui induit son propre flux magnétique qui annule le champ externe, maintenant ainsi leur état supraconducteur.
Cette équipe de chercheurs a découvert que les asymétries de bord à l’intérieur des diodes supraconductrices, l’effet de blindage Meissner omniprésent trouvé dans tous les supraconducteurs, et une troisième propriété des supraconducteurs connue sous le nom de piégeage de vortex se combinaient tous pour produire l’effet de diode.
« Il est fascinant de voir comment des facteurs discrets mais omniprésents peuvent créer un effet significatif dans l’observation de l’effet de diode, » commente Yasen Hou, premier auteur de l’article et associé postdoctoral au Francis Bitter Magnet Laboratory et au PSFC. « Ce qui est encore plus excitant, c’est que ce travail offre une approche directe avec un énorme potentiel pour améliorer encore l’efficacité. »
En synthèse
L’étude récente menée par les chercheurs du MIT et leurs collaborateurs ouvre la voie à de nouvelles perspectives en matière d’efficacité énergétique dans l’univers des technologies électroniques et de l’informatique quantique. En exploitant les propriétés des supraconducteurs et en créant une diode simple mais extrêmement efficace, cette équipe offre une solution prometteuse pour répondre à la problématique croissante de la consommation d’énergie dans les systèmes informatiques à forte puissance.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un supraconducteur ?
Un supraconducteur est un matériau qui, lorsqu’il est refroidi en dessous d’une certaine température (dite température critique), perd toute résistance électrique. En d’autres termes, un courant électrique peut circuler indéfiniment dans un circuit supraconducteur sans aucune perte d’énergie. Cette propriété fait des supraconducteurs des candidats idéaux pour de nombreuses applications, notamment les systèmes de transport d’énergie, les dispositifs de stockage d’énergie et les systèmes informatiques.
Qu’est-ce qu’une diode ?
Une diode est un composant électronique qui laisse passer le courant électrique dans un seul sens. Dans le contexte de cette recherche, l’équipe du MIT a développé une diode supraconductrice qui est beaucoup plus efficace que les diodes traditionnelles en termes de consommation d’énergie.
Qu’est-ce que la physique quantique ?
La physique quantique est une branche de la physique qui décrit les phénomènes à l’échelle des particules subatomiques, comme les électrons et les photons (particules de lumière). Cette théorie a donné naissance à de nombreuses technologies, dont les transistors et les lasers, et elle est également à la base de l’essor des technologies d’information quantique, comme l’informatique quantique.
Qu’est-ce qu’un qubit ?
Un qubit, ou bit quantique, est l’unité fondamentale d’information dans l’informatique quantique. Contrairement à un bit classique, qui peut être soit 0 soit 1, un qubit peut être à la fois 0 et 1 en même temps, grâce à une propriété quantique appelée superposition. Cela donne à l’informatique quantique son potentiel de traitement de l’information de manière beaucoup plus efficace que les systèmes informatiques classiques pour certains types de calculs.
