Les ordinateurs basés sur les principes de la mécanique quantique peuvent résoudre certaines tâches de manière particulièrement efficace. Leurs supports d'information, les qubits, ont non seulement les valeurs "0" et "1, " mais aussi des états intermédiaires, appelés états de superposition. Cependant, maintenir un tel état est difficile. Les scientifiques de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont maintenant utilisé de l'aluminium granulaire (surnommé grAl) pour les qubits et ont montré que ce matériau supraconducteur a un grand potentiel pour surmonter les limites précédentes du matériel quantique. Les chercheurs rapportent dans la revue Matériaux naturels .

Les ordinateurs quantiques sont considérés comme les ordinateurs du futur. Vous pouvez en principe traiter de grandes quantités de données beaucoup plus rapidement qu'avec les ordinateurs classiques actuels. Alors que les ordinateurs classiques effectuent une étape à la fois, les ordinateurs quantiques peuvent être considérés comme faisant de nombreuses étapes en parallèle, dans ce qu'on appelle le parallélisme quantique. Le support d'information pour l'ordinateur quantique est le bit quantique, qubit en bref. Pour les qubits, non seulement les états "0" et "1" sont pertinents, mais aussi les états intermédiaires, la superposition d'états en mécanique quantique. Leur traitement se fait selon les principes de la mécanique quantique, comme l'enchevêtrement, qui préserve les corrélations instantanées entre les états qubit à de longues distances arbitraires.

« Produire des qubits suffisamment petits et pouvant être commutés suffisamment rapidement pour effectuer des calculs quantiques est un énorme défi, " explique le physicien Dr Ioan Pop, Responsable du groupe de recherche Systèmes quantiques d'inductance cinétique à l'Institut de physique (PHI) et à l'Institut de nanotechnologie (INT) du KIT. Les circuits supraconducteurs sont une option prometteuse. Les supraconducteurs sont des matériaux qui n'ont pas de résistance électrique à des températures extrêmement basses, ils conduisent donc l'électricité sans pertes. Ceci est crucial afin de préserver les états quantiques et d'interconnecter en douceur les qubits, résultant en une puissance de calcul plus élevée. De grandes entreprises comme IBM, Intel, Microsoft et Google travaillent à la mise à l'échelle des processeurs quantiques supraconducteurs.

Une difficulté majeure, cependant, maintient l'état quantique. Les interactions avec l'environnement peuvent conduire à la désintégration de l'état quantique, la soi-disant décohérence. Plus on utilise de qubits, plus il est difficile de maintenir la cohérence. Chercheurs du PHI, L'INT et l'IPE du KIT et l'Université nationale de recherche et de technologie MISIS à Moscou ont maintenant utilisé pour la première fois de l'aluminium granulaire comme matériau supraconducteur pour les qubits à haute cohérence. Comme le rapportent les scientifiques dans le journal Matériaux naturels , ils ont mesuré un qubit grAl de fluxonium avec un temps de cohérence allant jusqu'à 30 microsecondes - c'est le temps pendant lequel le qubit peut rester dans un état compris entre "0" et "1". Ce temps peut sembler court, mais il est en fait d'une longueur encourageante par rapport au temps typique de 0,01 microseconde requis pour l'opération qubit. "Nos résultats montrent que l'aluminium granulaire peut ouvrir des voies de recherche pour une nouvelle classe de conceptions complexes de qubit et aider à surmonter les limites actuelles de l'informatique quantique, " explique le Dr Ioan Pop du KIT.