Elena Hassinger, experte en physique des basses températures qui travaille au ct.qmat - Complexité et topologie de la matière quantique (une initiative conjointe des universités de Würzburg et de Dresde), mène des recherches synonymes de froid extrême. En 2021, elle découvre le supraconducteur non conventionnel cérium rhodium arsenic (CeRh2As2). Les supraconducteurs n’ont généralement qu’une seule phase de transport d’électrons sans résistance, qui se produit en dessous d’une certaine température critique. Cependant, selon la revue académique Science, CeRh2As2 est à ce jour le seul matériau quantique à posséder deux états supraconducteurs spécifiques.
Supraconducteur non conventionnel CeRh2As2 : superstar quantique
La conduction de courant sans perte dans les supraconducteurs est au cœur de la physique du solide depuis des décennies et est devenue une perspective importante pour l’ingénierie énergétique future. La deuxième phase supraconductrice trouvée dans CeRh2As2 résulte d'une structure cristalline asymétrique autour des atomes de cérium (le reste de la structure cristalline est complètement symétrique), faisant de ce composé un candidat de choix pour l'informatique quantique topologique. Hassinger prévoit d'étendre ses recherches à d'autres matériaux quantiques présentant des propriétés structurelles inhabituelles similaires, dans l'espoir d'atteindre une supraconductivité topologique à des températures plus élevées.
Le Conseil européen de la recherche a accordé à Hassinger 2,7 millions d'euros (2,96 millions de dollars) pour son projet "États quantiques exotiques avec symétrie d'inversion localement brisée dans des conditions extrêmes - Ixtreme". Au cours des cinq prochaines années, elle prévoit d'utiliser les fonds pour approfondir l'étude du « miracle » supraconducteur CeRh2As2 au laboratoire de Dresde, découvrir des matériaux quantiques associés et contribuer à des avancées majeures dans le domaine de l'informatique quantique topologique.
"Si nous pouvions confirmer en laboratoire mes prédictions théoriques sur les états de surface topologiques des composés cérium-rhodium-arsenic, cela ouvrirait la voie à la création de bits quantiques topologiques (qubits). Ce serait un énorme progrès", explique Hassinger.
Les qubits topologiques sont connus pour leur stabilité, fournissant des états quantiques beaucoup plus stables que les qubits non topologiques. L’un des plus grands défis de la recherche actuelle consiste à développer une méthode permettant de maintenir 1 000 qubits simultanément.
Y parvenir permettrait aux processeurs quantiques d’accomplir des tâches en quelques minutes qui prendraient des années aux supercalculateurs conventionnels. C'est pourquoi les esprits brillants de ct.qmat se concentrent sur la recherche de matériaux quantiques topologiques.
Pour étudier le cérium rhodium arsenic, un supraconducteur non conventionnel, Hassinger avait d'abord besoin d'un cryostat pour refroidir les échantillons du matériau en dessous de 0,35 Kelvin (-272,8 degrés Celsius).
"Cette machine coûte plus d'un million d'euros", a-t-elle révélé. "Lorsque l'échantillon est suffisamment froid, il résistera à une forte pression et à un champ magnétique ultra-puissant allant jusqu'à 18 Tesla, dépassant de loin le champ magnétique de 0,1 Tesla d'un aimant en fer à cheval typique. La réalisation de ces mesures de champ magnétique à haute tension peut prendre plusieurs mois et nécessite des ajustements précis chaque jour. Son objectif est d'étudier attentivement la deuxième phase supraconductrice de CeRh2As2 pour prouver de manière concluante que ce matériau est un supraconducteur topologique. Si la recherche réussit, ce "miracle" "matériau" permettra non seulement une conduction électronique sans perte, mais aura également de puissants états de surface topologiques qui pourront être utilisés dans les opérations d'informatique quantique.
"Le Conseil européen de la recherche finance des recherches pionnières prometteuses grâce à la subvention de consolidation du Conseil européen de la recherche (ERCConsolidatorGrant). Avec cette nouvelle subvention, Hassinger devrait être le premier à identifier expérimentalement son état quantique exotique et à découvrir des états quantiques pertinents dans des matériaux similaires à des températures plus élevées", a déclaré le professeur Matthias Vojta, porte-parole du ct.qmat Dresden. "Nous sommes ravis qu'elle devienne membre de notre famille de recherche ct.qmat."
Source compilée : ScitechDaily