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Étiquette : Quantentechnologie

  • Une chaîne de lumière moléculaire ouvre la voie aux technologies quantiques

    Une chaîne de lumière moléculaire ouvre la voie aux technologies quantiques

    Les porphyrines sont des composants essentiels de la nature. Elles constituent la base de l’hémoglobine dans le sang ou de la chlorophylle dans les plantes. En combinaison avec des centres métalliques, elles acquièrent des propriétés chimiques et physiques variées. Des chercheurs de l’Empa ont utilisé ce principe pour fixer de manière ciblée des porphyrines à un nanobande de graphène aux bords en zigzag. La liaison s’est faite avec la plus grande précision et forme une sorte de chaîne moléculaire avec des distances exactement définies.

    Le magnétisme rencontre la logique quantique
    Le ruban de graphène apporte son propre magnétisme marginal, tandis que les centres métalliques des porphyrines apportent un magnétisme conventionnel. Les deux systèmes ont été couplés avec succès, une étape cruciale pour les applications de la technologie quantique. Le matériau hybride pourrait fonctionner comme une série de qubits interconnectés dans lesquels les spins sont utilisés comme supports d’information.

    Électronique et optique en un seul système
    Les porphyrines ne sont pas seulement actives magnétiquement, mais aussi optiquement. Elles peuvent émettre de la lumière dont la longueur d’onde est influencée par l’état magnétique. Une sorte de guirlande lumineuse moléculaire qui transmet des informations en changeant de couleur. Inversement, le système peut être excité par la lumière, ce qui modifie la conductivité et le magnétisme du ruban de graphène. Cela ouvre la voie à un large éventail d’applications, des capteurs chimiques aux nouveaux composants électroniques.

    Un jeu de construction pour l’avenir
    La synthèse de ces structures nécessite des procédés complexes. Sous ultravide et à haute température, les molécules de départ, conçues avec précision, sont « cuites » sur une surface d’or pour former les chaînes. Soutenue par la Fondation Werner Siemens, l’équipe de l’Empa travaille désormais à la mise au point de systèmes encore plus polyvalents en variant les centres métalliques et les largeurs de graphène. L’objectif est de créer des matériaux design qui constitueront la base des futures technologies quantiques.

    La combinaison des porphyrines et du graphène ouvre la voie à une nouvelle classe de systèmes moléculaires. Elle combine la chimie, le magnétisme et l’optique dans des structures à l’échelle nanométrique et pose les bases de l’électronique et de la technologie quantique de demain.

  • La lumière contrôle l’électricité dans les métaux

    La lumière contrôle l’électricité dans les métaux

    Une équipe de chercheurs de l’Université de Minnesota Twin Cities a réalisé une avancée majeure. Elle a mis au point une méthode permettant d’influencer le flux d’électricité dans des couches métalliques extrêmement fines à température ambiante à l’aide de la lumière. Cette nouvelle approche pourrait contribuer à rendre les capteurs optiques et les dispositifs d’information quantiques beaucoup plus efficaces à l’avenir. Les résultats intermédiaires des chercheurs ont été publiés dans la prestigieuse revue « Science Advances ».

    La base de l’étude repose sur des couches ultrafines de dioxyde de ruthénium (RuO2) déposées sur du dioxyde de titane (TiO2). Selon leur direction, ces couches réagissent différemment non seulement à la lumière, mais aussi au flux d’électricité. La structure de ces couches permet de contrôler de manière ciblée la dynamique des électrons et donc de réguler les flux d’énergie.

    De nouvelles voies grâce à l’utilisation ciblée de la lumière
    L’un des principaux résultats obtenus par les chercheurs est que des modifications ciblées de la structure atomique permettent d’influencer avec précision les réactions du matériau à la lumière. Cet effet contrôlé se produit à des températures ordinaires et ouvre des perspectives passionnantes pour des applications futures. « C’est la première fois que quelqu’un met en évidence une relaxation ultra-rapide directionnelle et accordable des porteurs de charge dans un métal à température ambiante », confirme Seunggyo Jeong, post-doctorant à la faculté de génie chimique et de science des matériaux de l’université du Minnesota.

    De telles découvertes remettent en question de nombreuses idées reçues sur le comportement des métaux au cours des dernières années et démontrent qu’il est possible de cibler l’électricité par des impulsions lumineuses contrôlées. Cela ouvre la voie à de nouvelles approches de la gestion de l’énergie et du traitement de l’information dans un espace restreint.

    Contrôler l’électricité en détail
    Jusqu’à présent, le consensus en physique considérait que les métaux n’étaient pas adaptés à des mécanismes de contrôle aussi précis, car ils possèdent des propriétés électroniques trop complexes. L’équipe de recherche actuelle a cependant découvert que c’est précisément cette complexité, appelée entrelacement de bandes, qui peut être activement utilisée pour orienter la réponse ultrarapide des métaux dans différentes directions. Il en résulte que la propriété du matériau à contrôler l’électricité peut être adaptée en fonction de la situation.

    De nouvelles applications dans les domaines de l’informatique, du stockage de données, des capteurs et des communications pourraient en bénéficier massivement. L’efficacité et la vitesse des composants pourraient notamment être nettement améliorées par le contrôle ciblé de l’électricité. Tony Low, co-auteur et professeur d’ingénierie électrique et informatique à l’université du Minnesota, souligne que les résultats fournissent un aperçu profond de la façon dont de subtiles distorsions structurelles peuvent modifier la structure électronique des métaux. Cela pourrait être essentiel pour les futures technologies optoélectroniques ultrarapides et sensibles à la polarisation.

  • Percée dans l’informatique quantique

    Percée dans l’informatique quantique

    Dans un avenir proche, les ordinateurs quantiques pourraient changer radicalement notre compréhension de la résolution des problèmes et des calculs. Cependant, cette technologie se heurte encore à un obstacle majeur : la vulnérabilité aux erreurs des bits quantiques, qui sont des éléments clés de l’ordinateur quantique. Google vient de franchir une étape importante avec son récent succès dans la correction des erreurs quantiques.

    Les chercheurs du Quantum Artificial Intelligence Lab de Google ont réussi à combiner 97 bits quantiques sujets aux erreurs en un bit quantique logique qui présente un taux d’erreur nettement inférieur. Il s’agit d’une étape importante vers la création d’ordinateurs quantiques tolérants aux erreurs, qui pourraient à l’avenir effectuer des calculs complexes.

    Défis de la correction d’erreur quantique
    Le plus grand défi pour les ordinateurs quantiques est la forte probabilité d’erreurs dans les opérations de calcul. Dans les systèmes actuels, la probabilité d’erreur est comprise entre 0,01 et 1 pour cent selon l’opération. Comme les ordinateurs quantiques nécessitent potentiellement des milliers d’étapes de calcul, cela signifie que la possibilité d’erreurs augmente de manière exponentielle. Sans une correction efficace des erreurs, les avantages des ordinateurs quantiques seraient difficilement exploitables dans la pratique.

    Les chercheurs de Google ont développé une méthode dans laquelle les informations quantiques sont réparties sur plusieurs bits quantiques. Les bits de mesure assurent ainsi la stabilité des états sans modifier directement les informations. Cette approche redondante, également utilisée dans les ordinateurs classiques, a permis de créer un bit quantique logique plus robuste.

    Un progrès décisif – mais pas encore l’objectif
    Google a pu passer sous un seuil d’erreur critique en réduisant le taux d’erreur d’un système de 97 bits quantiques à la moitié des erreurs d’un système de 49 bits quantiques. Ces progrès sont très appréciés par les experts et peuvent être comparés aux résultats novateurs de 2019, lorsque Google a démontré pour la première fois que les ordinateurs quantiques pouvaient surpasser les ordinateurs traditionnels dans certaines tâches.

    Malgré ces développements prometteurs, la recherche quantique doit encore relever d’énormes défis. La prochaine étape consiste à effectuer des opérations arithmétiques de base avec les bits logiques quantiques stabilisés. À long terme, ces bits stables devraient être utilisés pour permettre des calculs complexes et tolérants aux pannes.

    Ordinateurs quantiques tolérants aux pannes et leur application
    Bien que les progrès réalisés jusqu’à présent soient impressionnants, il reste encore un long chemin à parcourir avant que les ordinateurs quantiques ne soient capables de résoudre des problèmes vraiment complexes. On estime qu’environ 1457 bits quantiques physiques sont nécessaires pour atteindre un taux d’erreur de 1 sur 1 000 000 – une condition minimale pour résoudre des problèmes simples.

    Pour des défis plus complexes, tels que la rupture des méthodes de cryptage modernes, des milliers de bits logiques quantiques sont même nécessaires. Il est donc urgent de réaliser de nouveaux progrès dans la correction d’erreurs quantiques et d’améliorer l’efficacité des algorithmes afin de réduire le nombre de bits quantiques physiques nécessaires.

    Un chemin clair devant nous
    Les résultats actuels de Google et d’autres groupes de recherche constituent une base solide pour le développement des ordinateurs quantiques du futur. Bien que de nombreux obstacles techniques subsistent, les progrès récents rendent plus tangible l’objectif d’un ordinateur quantique performant et tolérant aux pannes. Il reste à voir si et comment la technologie s’établira dans la pratique, mais la perspective est désormais plus claire que jamais.