Un séparateur de paires de Cooper contrôlable pourrait séparer les électrons intriqués à la demande – Physics World

Un séparateur de paires de Cooper contrôlable pourrait séparer les électrons intriqués à la demande – Physics World

Horodatage: 14 mars 2024 9:00


Schéma montrant des paires de Cooper divisées, représentées par des boules bleues avec des flèches indiquant une rotation dans la direction opposée, introduites dans un ordinateur (quantique)
Matériau Qubit : figure qui montre schématiquement comment des paires de Cooper divisées pourraient être introduites dans un ordinateur quantique fonctionnant avec des électrons intriqués. (Avec l'aimable autorisation de Fredrik Brange)

Les particules intriquées – c’est-à-dire celles dont les états quantiques restent corrélés quelle que soit la distance qui les sépare – sont importantes pour de nombreuses technologies quantiques. Des dispositifs appelés séparateurs de paires de Cooper peuvent, en principe, générer de telles particules intriquées en séparant les électrons qui s'associent dans des matériaux supraconducteurs, mais le processus a été considéré comme trop aléatoire et incontrôlable pour être utile en pratique.

Physiciens à Université Aalto en Finlande, ont maintenant avancé une proposition théorique indiquant que ces paires d'électrons pourraient en fait être divisées à la demande en appliquant des tensions dépendant du temps à des points quantiques placés de chaque côté d'une bande supraconductrice. La technique, qui préserve l’état intriqué des électrons séparés, pourrait faciliter le développement d’ordinateurs quantiques utilisant des électrons intriqués comme bits quantiques (qubits).

Lorsqu’un matériau supraconducteur conventionnel est refroidi à des températures très basses, les électrons qu’il contient surmontent leur répulsion mutuelle et s’apparient. Ces paires dites de Cooper se propagent à travers le matériau sans aucune résistance. Les électrons appariés sont naturellement intriqués, avec des spins qui pointent dans des directions opposées. Extraire et séparer ces paires d’électrons tout en préservant leur intrication serait utile pour de nombreuses applications, notamment l’informatique quantique, mais cela n’est pas une tâche facile.

Dans le dernier ouvrage, détaillé dans Examen physique B, physiciens dirigés par un théoricien Christian Flindt proposer une nouvelle façon de faire fonctionner un séparateur de paires Cooper. Leur conception consiste en une bande supraconductrice contenant deux électrodes et couplée à deux points quantiques (morceaux nanométriques de matériau semi-conducteur) de chaque côté de la bande. Lorsqu'une tension est appliquée aux électrodes, les électrons appariés de Cooper dans le supraconducteur sont attirés vers la pointe de la bande supraconductrice et se séparent, chaque point quantique accueillant un électron séparé à la fois. Ces électrons séparés peuvent ensuite être transmis à travers un nanofil.

Tensions dépendantes du temps

La clé de la configuration de l'équipe est que la tension appliquée à l'électrode d'un côté de la bande varie dans le temps, de sorte qu'exactement deux paires de Cooper sont divisées et éjectées lors de chaque oscillation périodique. "Jusqu'à présent, dans les expériences, les tensions appliquées sont restées constantes", explique Flindt. "Dans notre proposition, nous montrons comment la division des paires de Cooper peut être contrôlée avec des tensions dépendant du temps appliquées au dispositif."

Sur la base de leurs calculs, Flindt et ses collègues estiment que leur séparateur à paires de Cooper pourrait séparer les électrons intriqués à une fréquence de l'ordre du gigahertz. La plupart des ordinateurs modernes fonctionnent avec des cycles d’horloge dans cette plage, et pour de nombreuses technologies quantiques, il est important de disposer d’une source de particules intriquées tout aussi rapide. En effet, la combinaison de plusieurs séparateurs pourrait contribuer à former la base d’un ordinateur quantique fonctionnant à l’aide d’électrons intriqués, selon l’équipe.

Les expérimentateurs invités à « prendre le relais »

Les physiciens d'Aalto ont décidé d'entreprendre leur étude parce qu'ils ont réalisé qu'il était nécessaire de contrôler la division des paires de Cooper. Leur plus grand défi était de trouver comment faire varier les tensions dans le temps de manière à ce que les paires Cooper soient divisées à la demande. Pour l’avenir, ils pensent qu’il devrait être possible de réaliser leur proposition de manière expérimentale et espèrent que les expérimentateurs « prendront le relais ».

"Il serait également intéressant d'étudier comment notre séparateur de paires Cooper à la demande peut être intégré dans un circuit électronique quantique plus grand pour développer le traitement de l'information quantique", explique Flindt. Monde de la physique.

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