Développement d’un modèle théorique d’interrupteur atomique qui permettra de dessiner des plaques solaires plus efficaces et des ordinateurs quantiques plus robustes
Les chercheurs, membres de l’Université de Grenade, du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l’University of Technology and Design de Singapour, ont ouvert la voie à la construction du premier interrupteur quantique de courant contrôlé par symétrie.
La fabrication de ce système, qui permettrait de contrôler et de modifier les courants d’énergie à niveau atomique, reste un grand défi pour la communauté scientifique internationale.
Des chercheurs, membres de l’Université de Grenade et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge (États-Unis), avec la collaboration de l’University of Technology and Design de Singapour, ont ouvert la voie à la construction du premier interrupteur quantique de courant contrôlé par symétrie.
La fabrication de ce dispositif, qui permettrait de contrôler et de modifier les courants d’énergie à niveau atomique, reste un grand défi pour la communauté scientifique internationale, et pourrait servir, par exemple, à construire des matériaux isolants contrôlés, ou à dessiner des plaques solaires (cellules photovoltaïques artificielles) plus efficaces, qui optimisent le transport d’énergie et, par conséquent, leur rendement en utilisant la symétrie comme instrument de base.
Cette équipe de chercheurs, dont le travail a été publié dans la prestigieuse revue Physical Review B, de l’American Physical Society, travaille actuellement au design réaliste d’un interrupteur quantique possédant ces caractéristiques (contrôlé par symétrie), basé sur des atomes froids dans des cavités optiques cohérentes, et en utilisant des micro-résonateurs optiques accouplés à de respectifs bains pour connecter le système avec des sources thermiques à différentes températures. La démarche suivante, expliquent-ils, sera de pouvoir réaliser expérimentalement un interrupteur quantique contrôlé par symétrie en utilisant ce design comme base.
Les scientifiques décrivent dans ce travail comment la symétrie, un des concepts les plus profonds et puissants de la physique théorique, permet de contrôler et de manipuler le transport d’énergie dans des systèmes quantiques ouverts.
Ordinateurs quantiques
Un système quantique ouvert n’est autre qu’un ensemble d’atomes ou de molécules en interaction, et sujets à l’action d’un environnement qui les perturbe constamment. À ce jour nous pouvons manipuler avec une précision extrême ces systèmes qui constituent les briques avec lesquelles nous espérons construire les futurs ordinateurs quantiques », explique Pablo Ignacio Hurtado Fernández, professeur du département d’Électromagnétisme et de Physique de la Matière de l’Université de Grenade et principal auteur de ce travail.
La « magie » des systèmes quantiques fait que, en présence d’une symétrie, un système quantique ouvert puisse se trouver simultanément à différents états stationnaires. Ce travail démontre que cette coexistence à différents états quantiques se doit à l’existence d’une transition de phase dynamique de premier ordre, similaire à la transition de la phase de l’eau liquide à vapeur, où les deux phases (liquide et vapeur) coexistent en même temps.
« Qui plus est, vu que la dynamique quantique est réversible temporellement (elle fonctionne aussi bien caméra avant que caméra arrière), nous démontrons que cette transition de phase vient accompagnée d’une jumelle, mais qui apparaît par fluctuations très rares du courant d’énergie », signale Hurtado. La coexistence quantique induite par la symétrie permet de stocker de façon robuste de multiples états quantiques cohérents, ce qui ouvre de nombreuses possibilités en calcul quantique, tel que le souligne Daniel Manzano, chercheur du MIT et coauteur de ce travail
Pour réaliser les simulations de ce travail, les chercheurs ont employé le superordinateur PROTEUS, appartenant à l’Institut Carlos I de Physique Théorique et Computationnelle de l’Université de Grenade. PROTEUS est un des superordinateurs de calcul scientifique les plus puissants d’Espagne, avec une capacité de calcul de plus de 13 téraflops qui atteint, grâce à ses 1100 noyaux de traitement, 2,8 téraoctets de RAM et 48 téraoctets de stockage de données.
Référence bibliographique
D. Manzano and P.I. Hurtado
Symmetry and the thermodynamics of currents in open quantum systems
Physical Review B 90, 125138 (2014) DOI:10.1103/PhysRevB.90.125138
Sur la photo, les chercheurs Pablo Ignacio Hurtado, de l’Université de Grenade, et Daniel Manzano, du MIT, auteurs de ce travail.
Contact :
Pablo Ignacio Hurtado Fernández. Département d’Électromagnétisme et de Physique de la Matière de l’Université de Grenade.
Tél.: 958 244 014
Courriel: phurtado@HYPERLINK
