Le comportement quantique est une chose étrange et fragile qui plane aux confins de la réalité, entre un monde de possibilités et un univers d’absolu. C’est dans ce brouillard mathématique que réside le potentiel de l’informatique quantique ; la promesse de dispositifs capables de résoudre rapidement des algorithmes qui prendraient trop de temps à traiter pour les ordinateurs classiques.
Pour l’instant, les ordinateurs quantiques sont confinés dans des chambres froides proches du zéro absolu (-273 degrés Celsius), où les particules sont moins susceptibles de sortir de leur état quantique critique.
Surmonter tout ça barrière thermique développer des matériaux qui présentent encore des propriétés quantiques à température ambiante a longtemps été l’objectif de l’informatique quantique. Même si les basses températures contribuent à empêcher l’effondrement des propriétés des particules, l’encombrement et le coût de l’équipement limitent leur potentiel et leur capacité à être étendus à une utilisation générale.
Dans un ultime effort, une équipe de chercheurs de l’Université du Texas à El Paso a développé un matériau hautement magnétique pour l’informatique quantique qui maintient son magnétisme à température ambiante et ne contient aucun minéral de terres rares très recherché.
“Je doutais vraiment de son magnétisme, mais nos résultats montrent clairement un comportement superparamagnétique”, déclare Ahmed El-Gendy, auteur principal et physicien à l’Université du Texas à El Paso.
Le superparamagnétisme est une forme contrôlable de magnétisme par laquelle l’application d’un champ magnétique externe aligne les moments magnétiques d’un matériau et le magnétise.
Les aimants moléculaires, comme le matériau développé par El-Gendy et ses collègues, ont fait leur retour comme option pour créer des qubits, l’unité de base de l’information quantique.
Les aimants sont déjà utilisés dans nos ordinateurs actuels et pilotent la spintronique, des dispositifs qui utilisent la direction de rotation d’un électron en plus de sa charge électronique pour coder des données.
Les ordinateurs quantiques pourraient être les prochains, avec des matériaux magnétiques donnant naissance à des qubits de spin : des paires de particules comme des électrons dont les spins directionnels sont liés, quoique momentanément, au niveau quantique.
Conscients de la demande en minéraux de terres rares utilisés dans les batteries, El-Gendy et ses collègues ont plutôt expérimenté un mélange de matériaux appelés aminoferrocène et graphène.
Ce n’est que lorsque les chercheurs ont synthétisé le matériau en une séquence d’étapes, plutôt que d’ajouter tous les ingrédients composites en même temps, que le matériau a montré son magnétisme à température ambiante.
La méthode de synthèse séquentielle a pris en sandwich l’aminoferrocène entre deux feuilles d’oxyde de graphène et a produit un matériau 100 fois plus magnétique que le fer pur. D’autres expériences ont confirmé que le matériau conservait ses propriétés magnétiques à température ambiante et au-delà.
“Ces découvertes ouvrent la voie aux aimants moléculaires d’ordre à longue portée à température ambiante et leur potentiel pour les applications d’informatique quantique et de stockage de données”, écrivent El-Gendy et ses collègues dans leur article publié.
Bien entendu, des tests supplémentaires sur ce nouveau matériel seront nécessaires pour voir si les résultats peuvent être reproduits par d’autres groupes. Mais les progrès dans ce domaine des aimants moléculaires sont encourageants et offrent une autre option prometteuse pour créer des qubits stables.
En 2019, Eugenio Coronado, chercheur en matériaux à l’Université de Valence en Espagne, a écrit : « Les étapes franchies dans la conception de qubits de spin moléculaires avec de longs temps de cohérence quantique et la mise en œuvre d’opérations quantiques ont suscité des attentes quant à l’utilisation de qubits moléculaires de spin qubits dans l’informatique quantique. “.
Plus récemment, en 2021, des chercheurs ont développé un matériau magnétique ultra-fin d’une épaisseur d’un seul atome. Non seulement son intensité magnétique peut être réglée avec précision à des fins d’informatique quantique, mais elle fonctionne également à température ambiante.
L’étude a été publiée dans Lettres de physique appliquée.