Le véritable supercalculateur
L’informatique supraconductrice promet de redéfinir la puissance de calcul, tant au sens classique qu’en termes d’informatique quantique. Cependant, pour faire face à ces nouveaux superpouvoirs, les ordinateurs ont besoin de mémoires supraconductrices rapides et évolutives. C’est là qu’intervient le projet TERASEC, financé par l’UE. «Notre objectif était d’aider à créer un véritable supercalculateur», explique Francesco Giazotto, le chercheur principal du projet. «Plus précisément, notre objectif était de démontrer la possibilité pratique de la manipulation en phase cohérente du transport de l’énergie.»
La cellule mémoire à glissement de phase supraconductrice
Au cœur du projet se trouve une cellule de mémoire supraconductrice à glissement de phase (PSM pour «phase-slip memory»). Selon l’université de technologie de Delft, le glissement de phase désigne le double processus par lequel la différence entre deux régions supraconductrices change de 2π en un court laps de temps. «Notre PSM est capable de codifier efficacement l’état logique dans la direction du courant persistant circulant, comme cela a été communément défini dans les mémoires supraconductrices basées sur le flux», explique Francesco Giazotto. «Mais, contrairement à ce dernier, notre schéma de mémoire ne nécessite pas une grande puissance d’inductance.» L’inductance est la propriété d’un conducteur électrique qui fait qu’une force électromotrice est générée par un changement du courant qui circule. La solution TERASEC présente également une forte énergie d’activation pour la nucléation des glissements de phase, ce qui permet une protection topologique robuste contre les glissements de phase stochastiques et le bruit du flux magnétique. Cette caractéristique, alliée au schéma de lecture efficace de la solution, rend l’exploitation de la PSM extrêmement fiable. «Ces propriétés font de notre PSM une solution prometteuse pour les architectures classiques supraconductrices avancées et les qubits de flux.»
Des qubits de flux aux jonctions Josephson
Comme l’explique Francesco Giazotto, les qubits de flux jouent un rôle important dans l’informatique quantique supraconductrice. «Il s’agit de petites boucles de métal supraconducteur de l’ordre du micromètre qui sont interrompues par plusieurs jonctions Josephson», explique-t-il. En parlant de Josephson, le projet TERASEC, qui a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche, a également abordé cette question. L’effet Josephson survient lorsqu’une barrière est placée entre deux supraconducteurs placés à proximité l’un de l’autre. La jonction Josephson est le nom donné au dispositif de mécanique quantique constitué de deux électrodes supraconductrices séparées par une barrière. «Nos recherches ouvrent la voie à la création d’une famille entière de composants basés sur la jonction Josephson pour les circuits logiques avancés», note Francesco Giazotto.
Ouvrir la porte à de nouveaux concepts de dispositifs quantiques
Le projet TERASEC a accompli exactement ce qu’il avait prévu: il a démontré la possibilité pratique de manipuler en phase cohérente le transport d’énergie dans des dispositifs quantiques. Mais qu’est-ce que cela signifie dans la pratique? «Notre travail ouvre la porte à la construction de structures où le contrôle cohérent du transport de la chaleur permet le développement de la contrepartie thermique des dispositifs électriques», ajoute Francesco Giazotto. «Parmi ces dispositifs, on peut citer les transistors, les mémoires thermiques et les portes logiques thermiques, qui pourraient tous faire progresser de manière significative, par exemple, les technologies sécurisées de détection de menaces telles que les explosifs, les armes et les drogues.» Francesco Giazotto affirme que les recherches menées dans le cadre du projet rendent également possible la création de dispositifs quantiques de conception nouvelle, tels que des amplificateurs thermiques, des unités de mémoire non volatile et des moteurs thermoélectriques. «Grâce à nos recherches, nous pouvons désormais étudier les modes sans charge dans les systèmes à l’état solide, ce qui était impossible avec l’électronique conventionnelle», conclut-il. Les chercheurs du projet travaillent maintenant à la validation de la cellule PSM dans des environnements pertinents, notamment dans une configuration d’ordinateur quantique.
Mots‑clés
TERASEC, supercalcul, transport d’énergie, dispositifs quantiques, calcul supraconducteur, calcul quantique, cellule mémoire à glissement de phase, qubits de flux, jonctions Josephson