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Posté par Michel le Vendredi 12/04/2013 à 00:00
Quantique: des physiciens observent un phénomène inédit
Une équipe de chercheurs internationale, dont un physicien de l'Université de Sherbrooke (Québec), vient de mettre au jour une manifestation inusitée de l'univers quantique. Cette percée pose un nouveau jalon dans le développement de l'ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques....), cette super machine qui promet d'accroître drastiquement les capacités des ordinateurs.

De tous les modèles de circuit quantique, la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) des boîtes confinant des spins électroniques est considérée comme particulièrement prometteuse. Une fois constitué, l'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...) quantique comportera des millions de boîtes. Chacune d'elles contiendra un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) et sera intégrée dans un circuit. Le spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la...) de l'électron – un état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il est représenté par un objet mathématique qui donne le maximum...) intrinsèque à la particule – interviendra pour stocker et manipuler de l'information quantique. Les travaux de fabrication de ces boîtes connaissent une évolution encourageante.

Or, un pas de plus vient d'être marqué dans le développement de l'ordinateur quantique. C'est du moins ce que laisse présager une découverte à laquelle a contribué le professeur Michel Pioro-Ladrière, du Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) de l'UdeS. Avec ses collègues du Conseil national de recherches du Canada (CNRC), à Ottawa, ainsi que de l'Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (Madrid est la capitale de l'Espagne. Ville la plus vaste et la plus peuplée du pays, c'est le chef-lieu de la Communauté autonome de Madrid qui appartient à la province de Madrid. Elle abrite également...), en Espagne, il a mis au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) un phénomène inédit qui peut conduire à de nouveaux modes de spins autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco, Megatriorchis,...) d'un circuit quantique. Les résultats des travaux ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology.

De nouveaux modes de spins qui font passer le courant

Après être arrivé à fabriquer un circuit quantique de deux boîtes en 2011, l'équipe a réussi, en 2012, à ajouter une troisième boîte ainsi qu'un troisième électron. Cet ajout a été réalisé dans le laboratoire du professeur Andrew Sachrajda, agent de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) principal au CNRC et professeur adjoint à l'UdeS. Le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien...) Michel Pioro-Ladrière a agi comme expert de la lecture du spin. Depuis des années, les deux chercheurs travaillent ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) à comprendre comment les boîtes s'imbriquent les unes dans les autres à mesure que le circuit quantique se complexifie. Ils s'efforcent de comprendre ce qui se passe dans le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) du courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un matériau conducteur. Ces déplacements sont imposés par l'action de...).

"Les résultats sont clairs pour une boîte quantique, puis deux, mais l'ajout d'une troisième complexifie le système, souligne le professeur Pioro-Ladrière, qui a conseillé l'équipe dans l'ajustement des paramètres pour l'ajout de la troisième boîte. Cela apporte des effets inattendus." Les physiciens s'attendaient à observer un blocage de spin, qui a pour effet de stopper le courant électrique; cet effet est bien connu dans le transport d'électrons à travers des boîtes quantiques. Or, l'équipe a plutôt remarqué un phénomène étonnant: dans certaines conditions, les électrons peuvent se transférer entre la première et la dernière boîte sans jamais être présents dans la boîte centrale. Le courant électrique n'est pas bloqué.

"Il s'agit d'un phénomène purement quantique, se réjouit le physicien Michel Pioro-Ladrière. Cette découverte a d'énormes implications en informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) ainsi que pour le traitement de l'information. Le fait d'être capable de transporter des électrons vers d'autres parties d'un circuit de cette façon améliore l'efficacité des processeurs quantiques."

Ce dispositif à trois boîtes est le plus évolué, à ce jour, des systèmes quantiques basés sur le spin des électrons. Cette découverte pourrait rendre possible de nouveaux types d'opération logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et...) quantique, qui impliquent le transport des charges et des spins.

L'univers quantique

Les théories quantiques décrivent le comportement des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) et des particules et permettent d'élucider certaines propriétés du rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.). La matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe...) que l'on croyait bien ordonnée ne l'est plus dans l'univers quantique. Ainsi, chaque particule peut se trouver à deux endroits différents, au même moment, ou encore dans deux états qui sont incompatibles en physique conventionnelle.


Référence:

Bipolar spin blockade and coherent (Le systèmes d'exploitation Coherent a été créé en 1983 par la défunte Mark Williams Company comme l'un des premiers systèmes de type UNIX pour ordinateur IBM PC-compatible. Coherent était capable de tourner sur la plupart des...) state superpositions in a triple quantum dot


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Source: Université de Sherbrooke
Illustration: Université de Sherbrooke - Nature Nanotechnology