Des chercheurs étudient les subtilités des supraconducteurs dans l’espoir de soutenir le développement de l’ordinateur quantique

Ryan Day étudie les supraconducteurs. Matériaux qui conduisent parfaitement l’électricité, ne perdant aucune énergie à la chaleur et à la résistance. Plus précisément, le scientifique de l’Université de Californie à Berkeley étudie comment les supraconducteurs peuvent coexister avec leurs opposés; matériaux isolants qui arrêtent le flux d’électrons.

Les matériaux qui combinent ces deux états opposés, appelés supraconducteurs topologiques, sont naturellement étranges, difficiles à caractériser et à concevoir, mais si on pouvait les concevoir correctement, ils pourraient jouer un rôle important dans l’informatique quantique.

“Chaque ordinateur est sujet aux erreurs, et ce n’est pas différent lorsque vous passez à l’informatique quantique – cela devient juste beaucoup plus difficile à gérer. L’informatique quantique topologique est l’une des plates-formes considérées comme capables de contourner bon nombre des sources les plus courantes de erreur », dit Day, « mais l’informatique quantique topologique exige que nous fabriquions une particule qui n’a jamais été vue auparavant dans la nature ».

Day est venu au Canadian Light Source de l’Université de la Saskatchewan pour utiliser la ligne de lumière QMSC, une installation construite pour explorer exactement ce type de questions dans les matériaux quantiques. Les capacités ont été développées sous la direction d’Andrea Damascelli, directrice scientifique du Stewart Blusson Quantum Matter Institute à l’UBC, avec qui Day était étudiant au doctorat au moment de cette recherche.

“QMSC a été développé pour avoir un contrôle très fin sur une très large gamme d’énergies, de sorte que vous pouvez vraiment obtenir des informations exceptionnellement précises sur les électrons lorsqu’ils se déplacent dans toutes les directions possibles”, a déclaré Day.

Son expérience, réalisée à des températures d’environ 20 degrés au-dessus du zéro absolu, visait à résoudre les résultats contradictoires des recherches existantes sur les supraconducteurs à états topologiques.

“Les expériences qui avaient été faites avant la nôtre étaient vraiment bonnes, mais il y avait des contradictions dans la littérature qu’il fallait mieux comprendre”, a-t-il expliqué. La relative nouveauté du domaine, combinée aux propriétés inhabituelles que les matériaux affichent dans les gammes d’énergie utilisées pour cette recherche, signifiait qu’il était difficile de démêler ce qui se passait avec les états topologiques.

Dans ses expériences, Day a observé que les états topologiques étaient intégrés dans un grand nombre d’autres états électroniques qui empêchent l’arséniure de fer et de lithium – le matériau supraconducteur qu’il étudie – de présenter une supraconductivité topologique. Sur la base de ses mesures au CLS, il a proposé de contourner ce problème en étirant simplement le matériau.

Les résultats de ces travaux, publiés dans Examen physique B, fournissent une preuve supplémentaire que l’arséniure de fer et de lithium prend en charge les états topologiques à sa surface, essentiels à l’utilisation potentielle du matériau dans l’informatique quantique. Il révèle également les défis potentiels des matériaux d’ingénierie pour ces applications, un domaine de recherche future.

“En faisant ces expériences, nous pouvons mieux comprendre ce matériau et commencer à réfléchir à la façon dont nous pouvons réellement l’utiliser, puis j’espère que quelqu’un construira un ordinateur quantique avec et que tout le monde y gagnera.”