Les piles font partie de la vie de tous les jours. Une batterie classique, le tas de la Volta, convertit l'énergie chimique en une tension, qui peut alimenter des circuits électroniques. Dans de nombreuses technologies quantiques, les circuits ou dispositifs sont basés sur des matériaux supraconducteurs. Dans de tels matériaux, les courants peuvent circuler sans avoir besoin d'une tension appliquée ; donc, il n'y a pas besoin d'une batterie classique dans un tel système. Ces courants sont appelés supercourants car ils ne présentent aucune perte d'énergie. Ils sont induits non par une tension mais par un déphasage de la fonction d'onde du circuit quantique, qui est directement lié à la nature ondulatoire de la matière. Un dispositif quantique capable de fournir une différence de phase persistante peut être vu comme une batterie de phase quantique, qui induit des supercourants dans un circuit quantique.

Dans ce travail, les auteurs présentent les résultats d'une collaboration théorique et expérimentale qui a conduit à la fabrication de la première batterie à phase quantique. L'idée a été conçue pour la première fois en 2015, par Sebastian Bergeret du groupe Physique mésoscopique du Centre de Physique des Matériaux (CFM, CSIC-UPV/EHU), une initiative conjointe du Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) et de l'Université du Pays Basque (UPV/EHU), et Ilya Tokatly, Professeur Ikerbasque dans le groupe Nano-Biospectroscopie de l'UPV/EHU, tous deux chercheurs associés du Donostia International Physics Center (DIPC). Ils ont proposé un système théorique avec les propriétés nécessaires pour construire la batterie de phase. Il consiste en une combinaison de matériaux supraconducteurs et magnétiques à effet relativiste intrinsèque, appelé couplage spin-orbite.

Quelques années plus tard Francesco Giazotto et Elia Strambini de l'Institut NEST-CNR, Pise, identifié une combinaison de matériaux appropriée et fabriqué la première batterie à phase quantique, dont les résultats sont maintenant publiés dans la revue Nature Nanotechnologie . Il est constitué d'un nanofil d'InAs dopé n formant le coeur de la batterie (la pile) et de conducteurs supraconducteurs en Al comme pôles. La batterie est chargée en appliquant un champ magnétique externe, qui peut alors être éteint.

Cristina Sanz-Fernández et Claudio Guarcello également de CFM ont adapté la théorie pour simuler les résultats expérimentaux.

L'avenir de cette batterie est encore amélioré au CFM dans le cadre d'une collaboration entre le Nanophysics Lab et le Mesoscopic Physics Group. Ce travail contribue aux énormes progrès réalisés dans la technologie quantique qui devraient révolutionner à la fois les techniques de calcul et de détection, ainsi que la médecine, et les télécommunications dans un avenir proche.