Interrupteur atomique pour plaques solaires et ordinateurs quantiques

Publié par Adrien le 26/02/2015 à 12:00
Source: Université de Grenade
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Des chercheurs, membres de l'Université de Grenade et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge (États-Unis), avec la collaboration de l'University of Technology and Design de Singapour, ont ouvert la voie à la construction du premier interrupteur (Un interrupteur (dérivé de rupture) est un dispositif ou organe, physique ou virtuel, permettant...) quantique de courant contrôlé par symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...).

La fabrication de ce dispositif, qui permettrait de contrôler et de modifier les courants d'énergie à niveau atomique, reste un grand défi pour la communauté scientifique internationale, et pourrait servir, par exemple, à construire des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) isolants contrôlés, ou à dessiner des plaques solaires (cellules photovoltaïques artificielles) plus efficaces, qui optimisent le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) d'énergie et, par conséquent, leur rendement en utilisant la symétrie comme instrument de base.

Cette équipe de chercheurs, dont le travail a été publié dans la prestigieuse revue Physical Review B, de l'American Physical Society, travaille actuellement au design réaliste d'un interrupteur quantique possédant ces caractéristiques (contrôlé par symétrie), basé sur des atomes froids dans des cavités optiques cohérentes, et en utilisant des micro-résonateurs optiques accouplés à de respectifs bains pour connecter le système avec des sources thermiques à différentes températures. La démarche suivante, expliquent-ils, sera de pouvoir réaliser expérimentalement un interrupteur quantique contrôlé par symétrie en utilisant ce design comme base.

Les scientifiques décrivent dans ce travail comment la symétrie, un des concepts les plus profonds et puissants de la physique théorique, permet de contrôler et de manipuler le transport d'énergie dans des systèmes quantiques ouverts.

Ordinateurs quantiques


L'Intel 4004, considéré comme
le premier microprocesseur de l'histoire
Un système quantique ouvert n'est autre qu'un ensemble d'atomes ou de molécules en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...), et sujets à l'action d'un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) qui les perturbe constamment. À ce jour nous pouvons manipuler avec une précision extrême ces systèmes qui constituent les briques avec lesquelles nous espérons construire les futurs ordinateurs quantiques", explique Pablo Ignacio Hurtado Fernández, professeur du département d'Électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude...) et de Physique de la Matière de l'Université de Grenade (L'université de Grenade apparut en 1349 lorsque Yusuf Ier créa la Madrasah...) et principal auteur de ce travail.

La "magie" des systèmes quantiques fait que, en présence d'une symétrie, un système quantique ouvert puisse se trouver simultanément à différents états stationnaires. Ce travail démontre que cette coexistence à différents états quantiques se doit à l'existence d'une transition de phase dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) de premier ordre, similaire à la transition de la phase de l'eau liquide à vapeur, où les deux phases (liquide et vapeur) coexistent en même temps.

"Qui plus est, vu que la dynamique quantique est réversible temporellement (elle fonctionne aussi bien caméra avant que caméra arrière), nous démontrons que cette transition de phase vient accompagnée d'une jumelle, mais qui apparaît par fluctuations très rares du courant d'énergie", signale Hurtado. La coexistence quantique induite par la symétrie permet de stocker de façon robuste de multiples états quantiques cohérents, ce qui ouvre de nombreuses possibilités en calcul quantique, tel que le souligne Daniel Manzano, chercheur du MIT et coauteur de ce travail

Pour réaliser les simulations de ce travail, les chercheurs ont employé le superordinateur PROTEUS, appartenant à l'Institut Carlos I de Physique Théorique et Computationnelle de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Grenade. PROTEUS est un des superordinateurs de calcul scientifique les plus puissants d'Espagne, avec une capacité de calcul de plus de 13 téraflops qui atteint, grâce à ses 1100 noyaux de traitement, 2,8 téraoctets de RAM et 48 téraoctets de stockage de données.
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