Objets quantiques magnétiques dans les supraconducteurs, les "fluxons", " sont particulièrement adaptés au stockage et au traitement de bits de données. Les circuits informatiques basés sur des fluxons pourraient fonctionner à une vitesse nettement plus élevée tout en dissipant beaucoup moins de chaleur. Les physiciens travaillant avec Wolfgang Lang à l'Université de Vienne et leurs collègues de l'université Johannes-Kepler- L'université de Linz a développé une "carton d'œufs quantique" avec une méthode simple et originale. Ils ont réalisé un arrangement stable et régulier de centaines de milliers de fluxons - un développement révolutionnaire pour les circuits basés sur des fluxons. Les résultats sont publiés dans le journal Examen physique appliqué de la Société américaine de physique.

L'accélération du traitement des données dans les ordinateurs va de pair avec une production de chaleur plus élevée, ce qui limite les performances des ordinateurs rapides. Les chercheurs poursuivent donc des circuits numériques à base de supraconducteurs, des matériaux capables de transporter l'électricité sans perte lorsqu'ils sont refroidis en dessous d'une certaine température critique.

Objets quantiques magnétiques dans les supraconducteurs

A l'intérieur d'un supraconducteur, un champ magnétique ne peut exister que dans de petits morceaux quantifiés appelés fluxons. Ceux-ci sont particulièrement adaptés au stockage et au traitement de bits de données. Dans un supraconducteur homogène, les fluxons sont disposés en un réseau hexagonal. Grâce à la nanotechnologie moderne, des chercheurs de l'université de Vienne et de l'université Johannes-Kepler de Linz ont construit des pièges artificiels pour les fluxons. Grâce à ces pièges, les fluxons sont forcés dans une formation prédéfinie.

L'importance du non-équilibre

Jusqu'à maintenant, les fluxons n'ont pu être observés qu'en équilibre thermodynamique, c'est à dire., dans un arrangement uniforme. « Si nous essayons d'empiler deux œufs l'un sur l'autre dans une boîte à œufs et de laisser la fosse adjacente vide, l'œuf roulerait rapidement jusqu'à un état d'équilibre avec exactement un œuf dans chaque fosse, " explique Wolfgang Lang de l'Université de Vienne. Du point de vue de l'informatique, cependant, la boîte d'œufs entièrement remplie contient peu d'informations et est donc inutile. Il serait beaucoup plus utile de placer les œufs selon un motif prédéfini. De telle manière, par exemple, Les codes QR reconnus par les smartphones pourraient être réalisés dans une boîte à œufs - évidemment, une grande quantité d'informations.

A l'échelle nanométrique, les chercheurs ont maintenant franchi une étape majeure en démontrant pour la première fois un état de non-équilibre stable de fluxons dans un réseau de plus de 180, 000 pièges artificiels. En fonction du champ magnétique extérieur, les fluxons s'organisent en zones étagées dans lesquelles chaque piège soit ne capte pas de fluxon, exactement un, ou plusieurs fluxons. "Même après une période de jours, nous avons observé exactement le même arrangement de fluxons - une stabilité à long terme assez surprenante pour un système quantique, " dit Georg Zechner de l'Université de Vienne, l'auteur principal de l'étude.

Nanostructuration des supraconducteurs par faisceaux d'ions

« L'irradiation par faisceau d'ions masqués permet la fabrication de nanostructures dans des supraconducteurs en une seule étape. Elle peut être appliquée efficacement dans le temps sur de grandes surfaces, peut être monté à l'échelle industrielle et ne nécessite aucun procédé chimique, " explique Johannes D. Pedarnig de l'Institut de physique appliquée de l'Université Johannes-Kepler de Linz. Selon le masque utilisé, pratiquement n'importe quelle structure souhaitée peut être modelée dans le supraconducteur. Les scientifiques prévoient maintenant d'autres expériences sur des nanostructures plus sophistiquées, ce qui devrait démontrer le transfert systématique des fluxons d'un piège à l'autre. Cela pourrait être une autre étape pionnière vers le développement de circuits informatiques rapides basés sur des fluxons.