Il y a 50 ans, des théoriciens japonais prédisaient un état quantique. Depuis lors pourtant, jamais ce phénomène n’avait été détecté dans la pratique. À présent, les chercheurs du Département de Physique de l’Université d’Hambourg viennent enfin d’observer cet état !
D’ordinaire, les électrons se repoussent mutuellement à cause de leur charge négative. Ce phénomène joue un rôle majeur et influence de nombreuses propriétés matérielles. L’une d’elles est la résistance électrique.
Toutefois, tout change si les électrons sont « collés » entre eux sous forme de paires et deviennent des bosons. Contrairement aux électrons qui se repoussent, les paires bosoniques peuvent coexister dans le même espace et effectuer des mouvements identiques.
L’une des propriétés les plus intrigantes des matériaux contenant ces paires d’électrons est la supraconductivité : la capacité à permettre au courant électrique de passer à travers sans aucune résistance.
Au fil des années, la supraconductivité a été exploitée pour de nombreuses applications technologiques telles que les IRM ou les détecteurs de champs magnétiques.
Et avec la miniaturisation des appareils électriqueson cherche de plus en plus à comprendre comment la supraconductivité peut être atteinte dans des structures plus petites d’une échelle nanoscopique…
Des paires d’électrons créées dans un atome artificiel
Une avancée majeure vient d’être réalisée par des chercheurs du Département de Physique et du Cluster d’Excellence « CUI: Advanced Imaging of Matter » de l’Université d’Hambourg.
Ces scientifiques dirigés par le Dr Jens Wiebe ont appairé des électrons dans un atome artificiel appelé « boîte quantique » (quantum dot) : le plus petit bloc de construction des appareils électroniques nanostructurés.
Pour y parvenir, ils ont enfermé les électrons dans de minuscules cages construites à partir d’argent, atome par atome. En les couplant à un supraconducteur élémentaire, ces électrons ont hérité de sa tendance à l’appairage. Ceci a permis de créer une version basique de supraconductivité.
Un état quantique prédit au début des années 1970 enfin observé
La signature expérimentale obtenue, un pic spectroscopique à très basse énergie, correspond à l’état quantique prédit au début des années 1970 par les Japonais Kazushige Machida et Fumiaki Shibata !
Le principal auteur de l’étude, Dr. Lucas Schneider, a d’ailleurs reçu un email de Machida pour le remercier d’avoir enfin prouvé sa découverte grâce à son ingénieuse méthode.
Il explique notamment avoir « longtemps pensé que les impuretés non-magnétiques de métal de transition produisent l’état in-gap, mais sa localisation est si proche du bord de l’espace supraconducteur qu’il était impossible de prouver son existence ».
Un grand pas en avant pour l’informatique quantique
Cet état avait toujours échappé à la détection lors de précédentes expériences, mais de récentes recherches d’équipes danoises et néerlandaises ont prouvé qu’il était utile pour supprimer le bruit non désiré des qubits transmon : un élément essentiel des ordinateurs quantiques modernes.
Ces travaux pourraient donc avoir d’importantes conséquences dans la compréhension de la supraconductivité au sein de structures nanoscopiques, et son application potentielle dans les ordinateurs quantiques modernes…
Pour plus d’informations, vous pouvez consulter l’étude publiée dans le journal Nature ! N’hésitez pas à découvrir notre dossier complet sur l’informatique quantique en suivant ce lien !
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