Depuis qu'elle a reçu une subvention de 25 millions de dollars en 2019 pour devenir la première fonderie quantique de la National Science Foundation (NSF), Les chercheurs de l'UC Santa Barbara affiliés à la fonderie ont travaillé pour développer des matériaux qui peuvent permettre des technologies basées sur l'information quantique pour des applications telles que l'informatique quantique, communication, sentir, et simulation.

Ils l'ont peut-être fait.

Dans un nouveau journal, publié dans la revue Matériaux naturels , co-directeur de la fonderie et professeur de matériaux à l'UCSB Stephen Wilson et plusieurs co-auteurs, y compris des collaborateurs clés de l'Université de Princeton, étudier un nouveau matériau développé dans la fonderie quantique en tant que supraconducteur candidat - un matériau dans lequel la résistance électrique disparaît et les champs magnétiques sont expulsés - qui pourrait être utile dans le futur calcul quantique.

Un article précédent publié par le groupe de Wilson dans le journal Lettres d'examen physique et présenté dans La physique magazine a décrit un nouveau matériel, antimoniure de césium vanadium (CsV 3 Sb 5 ), qui présente un mélange surprenant de caractéristiques impliquant une structure de charge auto-organisée entrelacée avec un état supraconducteur. La découverte a été faite par le boursier postdoctoral Elings Brenden R. Ortiz. Comme il s'avère, Wilson a dit, ces caractéristiques sont partagées par un certain nombre de matériaux connexes, y compris RbV 3 Sb 5 et KV 3 Sb 5 , ce dernier (un mélange de potassium, vanadium et antimoine) faisant l'objet de cet article le plus récent, intitulé « Découverte de l'ordre de charge chirale non conventionnel dans le supraconducteur kagome KV 3 Sb 5 ."

Les matériaux de ce groupe de composés, Wilson a noté, "sont prévus pour héberger une physique intéressante des ondes de densité de charge [c'est-à-dire, leurs électrons s'auto-organisent en un motif non uniforme à travers les sites métalliques du composé]. La nature particulière de cette structuration auto-organisée des électrons est au centre du travail actuel. »

Cet état d'onde de densité de charge prédit et d'autres phénomènes physiques exotiques découlent du réseau d'ions vanadium (V) à l'intérieur de ces matériaux, qui forment un réseau de triangles partageant les coins connu sous le nom de réseau kagome. KV 3 Sb 5 a été découvert comme étant un métal rare construit à partir de plans en treillis kagome, celui qui est également supraconducteur. Certaines des autres caractéristiques du matériau ont conduit les chercheurs à supposer que les charges qu'il contient peuvent former de minuscules boucles de courant qui créent des champs magnétiques locaux.

Les scientifiques et les physiciens des matériaux prédisent depuis longtemps qu'un matériau pourrait être fabriqué qui présenterait un type d'ordre d'onde de densité de charge qui briserait ce qu'on appelle la symétrie d'inversion du temps. "Cela signifie qu'il a un moment magnétique, ou un champ, associé avec, " dit Wilson. " Vous pouvez imaginer qu'il y a certains motifs sur le réseau kagome où la charge se déplace en une petite boucle. Cette boucle est comme une boucle de courant, et il vous donnera un champ magnétique. Un tel état serait un nouvel état électronique de la matière et aurait des conséquences importantes pour la supraconductivité non conventionnelle sous-jacente."

Le rôle du groupe de Wilson était de fabriquer le matériau et de caractériser ses propriétés en vrac. L'équipe de Princeton a ensuite utilisé la microscopie à effet tunnel (STM) à haute résolution pour identifier ce qu'elle pense être les signatures d'un tel état, lequel, Wilson a dit, "sont également supposés exister dans d'autres supraconducteurs anormaux, tels que ceux qui supraconducteurs à haute température, bien que cela n'ait pas été définitivement démontré."

STM fonctionne en balayant une pointe de fil métallique très pointue sur une surface. En rapprochant la pointe extrêmement près de la surface et en appliquant une tension électrique à la pointe ou à l'échantillon, la surface peut être imagée à l'échelle de la résolution des atomes individuels et de l'endroit où les électrons se groupent. Dans l'article, les chercheurs décrivent avoir vu et analysé un modèle d'ordre dans la charge électronique, qui change lorsqu'un champ magnétique est appliqué. Ce couplage à un champ magnétique externe suggère un état d'onde de densité de charge qui crée son propre champ magnétique.

C'est exactement le genre de travail pour lequel la fonderie quantique a été créée. « L'apport de la fonderie est important, " a déclaré Wilson. " Il a joué un rôle de premier plan dans le développement de ces matériaux, et les chercheurs de fonderie y ont découvert la supraconductivité, puis ont trouvé des signatures indiquant qu'ils peuvent posséder une onde de densité de charge. Maintenant, les matériaux sont étudiés dans le monde entier, parce qu'ils ont divers aspects qui intéressent de nombreuses communautés différentes.

"Ils sont intéressants, par exemple, aux personnes dans l'information quantique en tant que supraconducteurs topologiques potentiels, " a-t-il poursuivi. " Ils intéressent les personnes qui étudient la nouvelle physique des métaux topologiques, car ils hébergent potentiellement des effets de corrélation intéressants, défini comme l'interaction des électrons entre eux, et c'est potentiellement ce qui fournit la genèse de cet état d'onde de densité de charge. Et ils intéressent les personnes qui recherchent la supraconductivité à haute température, parce qu'ils ont des éléments qui semblent les lier à certaines des caractéristiques observées dans ces matériaux, même si KV 3 Sb 5 supraconducteurs à une température assez basse."

Si KV 3 Sb 5 s'avère être ce qu'on soupçonne d'être, il pourrait être utilisé pour rendre un qubit topologique utile dans les applications d'information quantique. Par exemple, Wilson a dit, "En créant un ordinateur topologique, on veut faire des qubits dont les performances sont renforcées par les symétries dans le matériau, ce qui signifie qu'ils n'ont pas tendance à décohérer [la décohérence d'états quantiques éphémères intriqués étant un obstacle majeur dans l'informatique quantique] et ont donc un besoin réduit de correction d'erreur conventionnelle.

"Il n'y a que certains types d'états que vous pouvez trouver qui peuvent servir de qubit topologique, et un supraconducteur topologique devrait en héberger un, " ajouta-t-il. " De tels matériaux sont rares. Ce système peut être intéressant pour cela, mais c'est loin d'être confirmé, et il est difficile de confirmer si c'est ou non. Il reste beaucoup à faire pour comprendre cette nouvelle classe de supraconducteurs."