Ces dernières années, les physiciens et ingénieurs quantiques ont fait des progrès significatifs vers le développement de systèmes informatiques quantiques hautement performants. Cependant, pour obtenir un avantage quantique par rapport aux systèmes informatiques classiques et permettre le fonctionnement stable des dispositifs quantiques, il faudra développer de nouveaux éléments de base pour ces dispositifs et d’autres aspects sous-tendant leur bon fonctionnement.
Des chercheurs de l’Université Grenoble Alpes ont récemment démontré la mesure directe d’un effet subtil, à savoir une relation de phase actuelle sin (2𝜑), dans un dispositif d’interférence quantique supraconducteur à base de graphène basé sur des jonctions Josephson de graphène accordables par grille. Leur méthode pour collecter cette mesure, décrite dans un article publié dans Lettres d’examen physiquepourrait contribuer au développement de qubits supraconducteurs plus stables et moins sujets à la décohérence.
Les jonctions Josephson, les composants sur lesquels le dispositif de l’équipe était basé, relient deux matériaux supraconducteurs entre eux via un lien faible. Dans la technologie quantique, ces jonctions permettent le stockage et le traitement de l’information quantique avec des pertes minimes en permettant au courant de circuler à travers des dispositifs sans résistance, propriété spécifique des supraconducteurs en dessous de leur température de transition.
Dans le cadre de leur récente étude, les chercheurs de l’Université Grenoble Alpes ont entrepris de mesurer directement comment ce flux de courant dépendait de la différence de phase supraconductrice entre les deux côtés des jonctions Josephson à base de graphène accordables par porte dans leur dispositif. Cette mesure revêt une importance capitale, car elle peut être exploitée pour développer des circuits quantiques supraconducteurs aux propriétés soigneusement adaptées.
« En regardant la littérature existante, nous avons réalisé que si la communauté a montré ces dernières années un intérêt croissant pour les relations de phase entre courant sin(2𝜑) dans les circuits supraconducteurs, il n’existait aucune mesure directe de cette relation dans les dispositifs actuellement utilisés », Julien Renard, auteur principal de l’article, a déclaré à Phys.org. « Nous avons décidé de concevoir une expérience qui permettrait cette mesure, donnant une visualisation directe d’une telle relation de phase actuelle. »
Dans leur expérience, Renard et ses collègues ont mesuré les tensions dans un dispositif d’interférence quantique supraconducteur au graphène qu’ils ont développé en fonction de paramètres contrôlés de l’extérieur, tels qu’un champ magnétique. Leur configuration reposait sur une méthode avancée pour contrôler et lire simultanément la relation de phase actuelle d’une paire de jonctions Josephson dans leur appareil.
« Le champ magnétique permet [us] pour faire varier la phase dans le dispositif interférentiel supraconducteur », explique Renard. « Les signaux mesurés, en revanche, permettent d’extraire le courant. C’est ainsi que nous pouvons mesurer directement la relation de phase actuelle de l’appareil. »
Les mesures directes collectées par cette équipe de recherche ont montré que leur appareil peut se comporter comme un élément sin(2𝜑). Cela signifie essentiellement que le courant circulant dans leur appareil suit un modèle distinct, représenté par sin(2𝜑), qui n’est pas influencé par le modèle sin(𝜑) plus simple caractérisant le flux de courant à travers des jonctions Josephson plus conventionnelles.
Les méthodes expérimentales employées par Renard et ses collègues et la relation de phase actuelle distincte qu’ils ont observée dans leur appareil pourraient bientôt contribuer à l’avancement des technologies informatiques quantiques. Dans leurs prochaines études, les chercheurs prévoient de s’appuyer sur leur récent article dans le but de développer de nouveaux bits quantiques protégés de la décohérence.
« Nous avons montré qu’en combinant deux jonctions Josephson en graphène dans un dispositif d’interférence quantique supraconducteur, nous pouvons obtenir une relation de phase actuelle sin(2𝜑) grâce au contrôle des effets d’interférence entre les paires de Cooper avec un champ magnétique », a déclaré Renard. « Un tel dispositif d’interférence quantique supraconducteur au graphène pourrait être la pierre angulaire d’une future génération de bits quantiques, protégés de la décohérence. Nous allons maintenant travailler à trouver la géométrie de circuit appropriée pour construire un tel bit quantique. »
Plus d’informations :
Mesure directe d’une relation de phase actuelle sin(2𝜑) dans un dispositif d’interférence quantique supraconducteur au graphène. Lettres d’examen physique(2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.133.106001. Sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2405.13642
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