Un nouveau dispositif convertit la chaleur en électricité à des températures ultra-basses
Orienté vers l’avenir : Une équipe de recherche de l’EPFL (Université de Zurich) a créé un système informatique quantique 2D capable de faire plus froid que l’espace. Il s’agit d’une avancée majeure pour l’informatique quantique, dont les progrès ont été freinés par les méthodes de refroidissement conventionnelles. Cette nouvelle technologie utilise des composants disponibles dans le commerce et peut être facilement mise en œuvre dans les ordinateurs quantiques existants.
« Imaginez un ordinateur portable dans un bureau froid : il va quand même chauffer pendant son fonctionnement, ce qui va également faire monter la température de la pièce », explique Gabriele Pasquale, doctorant au sein de l'équipe LANES (Laboratoire d'électronique et de structures à l'échelle nanométrique de l'EPFL) qui a rendu possible cette percée. « Dans les systèmes informatiques quantiques, il n'existe actuellement aucun mécanisme permettant d'empêcher cette chaleur de perturber les qubits. Notre dispositif pourrait assurer ce refroidissement nécessaire. »
Les qubits doivent être refroidis à -273 °C pour ralentir le mouvement atomique, mais le problème a toujours été que l'électronique utilisée pour gérer le calcul quantique continue de générer de la chaleur, qui est difficile à disperser à des températures déjà basses.
La plupart des technologies actuelles séparent les circuits quantiques et électroniques. Cependant, le dispositif de l'EPFL convertit la chaleur générée en électricité. Lors des tests, le dispositif de refroidissement quantique 2D de LANES est parvenu à convertir la chaleur en tension dans un environnement réfrigéré de 100 millikelvins, une température encore plus froide que celle de l'espace. Basée à l'EPFL, en Suisse, l'équipe de recherche a publié ses résultats dans le dernier numéro de la revue scientifique Nature Nanotechnology.
Le dispositif innovant associe le graphène, qui possède une excellente conductivité électrique, aux propriétés semi-conductrices du séléniure d'indium. Il ne s'agit que de quelques atomes épais et se comporte comme un objet 2D.
Cette structure unique confère au nouveau dispositif de refroidissement quantique de l’EPFL des performances inédites. Pour exploiter ces performances, le dispositif exploite l’effet Nernst. L’effet Nernst est un phénomène thermoélectrique qui crée une tension électrique lorsqu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement à un objet. Le dispositif de l’EPFL étant en 2D, les ingénieurs peuvent ajuster électroniquement son efficacité.
La conversion de l'énergie thermique à basse température est un sujet peu étudié dans le milieu universitaire et scientifique, ce qui rend ce nouveau développement si important. L'équipe LANES a déclaré que son dispositif pourrait déjà être intégré dans des circuits quantiques à basse température existants. Il utilise également des composants électroniques facilement disponibles.
Cela signifie que le nouveau système de refroidissement quantique 2D pourrait être produit en masse et intégré au matériel existant sans nécessiter de mises à niveau coûteuses ni de modification du paradigme matériel de l'informatique quantique. Grâce à cette facilité d'accès, nous pouvons nous attendre à ce que davantage de laboratoires ajoutent bientôt le système à leurs ordinateurs quantiques pour le tester.
« Ces résultats représentent une avancée majeure dans le domaine des nanotechnologies et sont prometteurs pour le développement de technologies de refroidissement avancées essentielles pour l'informatique quantique à des températures de l'ordre du millikelvin », a déclaré Pasquale. « Nous pensons que cette avancée pourrait révolutionner les systèmes de refroidissement des technologies futures. »
