Les chercheurs ont développé un nouveau supraconducteur basé sur le germanium, un matériau déjà omniprésent dans l’industrie informatique, qui pourrait permettre des avancées significatives dans la technologie informatique quantique. Cette avancée technologique permet de surmonter un obstacle crucial dans le domaine de l’informatique quantique : le besoin de matériaux présentant à la fois une supraconductivité et pouvant être intégrés de manière transparente dans les processus de fabrication de puces existants.
Qu’est-ce que la supraconductivité et pourquoi est-ce important ?
Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire l’électricité avec une résistance zéro. Cette propriété est extrêmement précieuse dans tout appareil électrique, car elle élimine les pertes d’énergie dues à la chaleur. Essentiellement pour l’informatique quantique, les supraconducteurs maintiennent également la cohérence quantique – un phénomène essentiel pour la manipulation et le stockage de l’information quantique.
Le défi de l’intégration des supraconducteurs dans l’informatique
Les précédents supraconducteurs, bien qu’efficaces, étaient souvent fabriqués à partir de matériaux inhabituels et difficiles à travailler. Cela constituait un obstacle important à leur intégration dans des dispositifs informatiques pratiques, en particulier dans les ordinateurs quantiques qui nécessitent des circuits complexes.
Une nouvelle approche : le germanium dopé au gallium
Peter Jacobson de l’Université du Queensland, en Australie, et son équipe ont créé un supraconducteur à base de germanium en introduisant du gallium dans le matériau via un processus appelé dopage. Contrairement aux tentatives précédentes de combinaisons similaires, qui se sont révélées instables, l’équipe de Jacobson a utilisé l’irradiation aux rayons X pour forcer une répartition plus uniforme du gallium dans le film de germanium. Cela a abouti à des structures stables et structurées.
Exigences en matière de super-refroidissement et paysage de l’informatique quantique
Il est important de noter que ce nouveau supraconducteur, comme ceux existants, ne fonctionne pas à température ambiante. Il nécessite des températures extrêmement basses – en particulier 3,5 kelvins (-270°C/-453°F) – pour fonctionner. Bien que cela élimine son utilisation dans les appareils grand public typiques, David Cardwell de l’Université de Cambridge suggère que c’est un ajustement parfait pour l’informatique quantique, qui nécessite déjà un super-refroidissement.
« Cela pourrait être une transformation pour le secteur quantique », déclare Cardwell. “Cela donne un tout nouveau niveau de fonctionnalité, car de toute façon, vous avez un environnement très froid. Ce serait, je pense, le point de départ évident.”
Surmonter le problème des défauts de structure cristalline
Les tentatives précédentes visant à combiner des supraconducteurs avec des semi-conducteurs (composants clés des dispositifs informatiques) ont abouti à des défauts dans la structure cristalline – un obstacle majeur pour les applications pratiques. Ces défauts conduisent à l’absorption du signal et interfèrent avec les opérations quantiques précises.
« Le désordre est en réalité un effet parasitaire dans la technologie quantique », explique Jacobson. “Cela provoque l’absorption de vos signaux.”
Une structure cristalline uniforme pour des fonctionnalités améliorées
Le nouveau supraconducteur en germanium dopé au gallium résout ce problème en permettant aux couches de matériau et aux couches de silicium (un autre semi-conducteur courant) de se superposer directement les unes aux autres sans perturber la structure cristalline. Cela ouvre la voie à la fabrication de puces intégrées qui exploitent les avantages uniques des semi-conducteurs et des supraconducteurs. Ces puces combinées ont le potentiel d’améliorer considérablement l’efficacité et la fiabilité des ordinateurs quantiques.
En conclusion, la création d’un supraconducteur en germanium stable et facile à fabriquer représente une avancée significative pour l’informatique quantique. En abordant les problèmes liés à l’intégration des matériaux et aux défauts de structure cristalline, cette innovation ouvre la voie à des technologies quantiques plus puissantes et plus fiables.
