La clé pour construire des ordinateurs quantiques fiables pourrait résider dans un simple ajustement de recette chimique. Des chercheurs ont découvert qu'une modification légère de la proportion entre deux éléments suffit à faire basculer un matériau dans des états quantiques exotiques. Cette méthode offre ainsi une approche nouvelle pour maîtriser ces phénomènes.
Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes hors de portée des machines classiques. Néanmoins, leur développement est freiné par la difficulté à maintenir des informations quantiques stables, souvent perturbées par le bruit environnemental. Ces machines exigent par conséquent des composants d'une grande précision pour fonctionner avec un taux d'erreur suffisamment bas pour permettre un calcul exploitable, ce qui les rend particulièrement couteux.
Vue intérieure du réfrigérateur à dilution d'un ordinateur quantique à circuits supraconducteurs.
IBM Research Face à cet obstacle, les scientifiques s'intéressent à une catégorie particulière de matériaux: les supraconducteurs topologiques. Ces derniers possèdent des propriétés quantiques 'protégées', susceptibles de servir de bouclier contre les perturbations et de préserver les données avec fiabilité. Leur réalisation pratique demeure toutefois délicate, car elle nécessite des conditions très spécifiques.
Une équipe de l'Université de Chicago et de l'Université de Virginie-Occidentale a mis au point une stratégie plus simple pour obtenir ces propriétés. En cultivant des films extrêmement minces d'un composé à base de fer, de tellure et de sélénium, ils peuvent modifier le ratio entre le tellure et le sélénium. Cette altération influe sur la manière dont les électrons interagissent collectivement, autorisant un 'réglage' du matériau vers l'état souhaité.
Les travaux, publiés dans
Nature Communications, indiquent que ces interactions électroniques jouent un rôle déterminant. Lorsqu'elles sont trop fortes, les électrons se figent ; trop faibles, les propriétés topologiques s'évanouissent. Mais à un niveau optimal, le matériau devient un supraconducteur topologique.
Haoran Lin, un étudiant diplômé, compare cet effet à un potentiomètre que l'on peut tourner pour atteindre le régime idéal.
Haoran Lin, premier auteur de l'étude, explique comment ajuster une recette chimique permet de contrôler les propriétés quantiques.
Crédit: John Zich
Cette approche basée sur des films minces, plus aisés à maîtriser et à intégrer dans des dispositifs que les cristaux massifs, présente d'autres avantages. Ces matériaux fonctionnent à des températures plus élevées que certaines alternatives, aux alentours de 13 Kelvin, ce qui simplifie leur refroidissement avec de l'hélium liquide standard. Par ailleurs, leur format est idéal pour la fabrication de composants électroniques, ouvrant la voie à des applications concrètes.
Désormais, plusieurs groupes de recherche collaborent pour façonner ces films et fabriquer des composants quantiques. Shuolong Yang, professeur associé, y perçoit un instrument efficace pour la conception de systèmes plus robustes, ce qui pourrait accélérer le développement et la diffusion d'ordinateurs quantiques.