Un nouveau matériau créé par des chercheurs de l'Oregon State University est une étape clé vers la prochaine génération de supercalculateurs.

Ces "ordinateurs quantiques" seront capables de résoudre des problèmes bien au-delà de la portée des ordinateurs existants tout en travaillant beaucoup plus rapidement et en consommant beaucoup moins d'énergie.

Des chercheurs du Collège des sciences de l'OSU ont développé un composé inorganique qui adopte une structure cristalline capable de maintenir un nouvel état de la matière connu sous le nom de liquide de spin quantique, une avancée importante vers l'informatique quantique.

Dans le nouveau complexe, oxyde de lithium-osmium, les atomes d'osmium forment un réseau en nid d'abeille, appliquant un phénomène appelé « frustration magnétique » qui pourrait conduire à un liquide de spin quantique comme prédit par les théoriciens de la physique de la matière condensée.

Auteur correspondant Mas Subramanian, Milton Harris professeur de science des matériaux à l'OSU, explique que dans un aimant permanent comme une aiguille de boussole, les électrons tournent de manière alignée, c'est-à-dire ils tournent tous dans le même sens.

"Mais dans un aimant frustré, l'arrangement atomique est tel que les spins des électrons ne peuvent pas atteindre un alignement ordonné et sont plutôt dans un état constamment fluctuant, analogue à la façon dont les ions apparaîtraient dans un liquide, " a déclaré Subramanian.

L'oxyde d'osmium de lithium découvert à l'OSU ne montre aucune preuve d'ordre magnétique même lorsqu'il est gelé à presque zéro absolu, ce qui suggère qu'un état liquide de spin quantique sous-jacent est possible pour le composé, il a dit.

« Nous sommes enthousiasmés par ce nouveau développement car il élargit le domaine de recherche de nouveaux matériaux liquides de spin quantique qui pourraient révolutionner la façon dont nous traitons et stockons les données, " Subramanian a déclaré. "Le phénomène de liquide de spin quantique a jusqu'à présent été détecté dans très peu de matériaux inorganiques, certains contenant de l'iridium. L'osmium est juste à côté de l'iridium dans le tableau périodique et possède toutes les caractéristiques nécessaires pour former des composés capables de maintenir l'état liquide de spin quantique."

Arthur Ramirez, physicien de la matière condensée à l'Université de Californie, Santa Cruz, l'un des co-auteurs de l'article, a noté que ce composé est le premier matériau à structure en nid d'abeilles à contenir de l'osmium et s'attend à ce que d'autres suivront.

Ramirez a également noté que cette étude démontre l'importance d'une collaboration multidisciplinaire impliquant des chimistes des matériaux et des physiciens de la matière condensée engagés dans la synthèse, la théorie et les mesures pour s'attaquer à la science émergente comme le liquide de spin quantique.

La prochaine étape pour l'équipe de Subramanian est d'explorer la chimie nécessaire pour créer diverses structures cristallines parfaitement ordonnées avec de l'osmium.

La National Science Foundation finance la recherche par le biais de son programme DMREF : Designing Materials to Revolutionize and Engineer our Future. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans Rapports scientifiques .

Le concept de l'informatique quantique est basé sur la capacité des particules subatomiques à exister dans plus d'un état à tout moment.

L'informatique classique repose sur des bits - des éléments d'information qui existent dans l'un des deux états, un 0 ou un 1. En informatique quantique, les informations sont traduites en bits quantiques, ou qubits, qui peuvent stocker beaucoup plus d'informations qu'un 0 ou un 1 car ils peuvent se trouver dans n'importe quelle "superposition" de ces valeurs.

Pensez aux bits et aux qubits en visualisant une sphère. Un bit ne peut être qu'à l'un des deux pôles de la sphère, alors qu'un qubit peut être n'importe où sur la sphère. Cela signifie beaucoup plus de potentiel de stockage d'informations et beaucoup moins de consommation d'énergie.