La supraconductivité de type III permet des applications quantiques
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Des chercheurs suisses et italiens ont découvert un nouveau type de supraconductivité qui pourrait ouvrir la voie à toute une série de nouvelles applications.
Les recherches menées par le développeur quantique Terra Quantum ont été publiées dans Physical Review B et décrivent un nouveau type de supraconductivité III, avec des îlots supraconducteurs séparés par des régions non supraconductrices, ce qui se traduit par des propriétés magnétiques et électriques uniques.
Le supraconducteur de type III peut réduire les pertes d’énergie dans les qubits et câbles quantiques supraconducteurs à des températures plus élevées que les matériaux de type II.
La supraconductivité est traditionnellement classée en deux catégories : les supraconducteurs de type I et les supraconducteurs de type II. Les supraconducteurs de type I expulsent les champs magnétiques jusqu’à ce que, à un certain niveau d’intensité du champ magnétique, la supraconductivité soit détruite. Les supraconducteurs de type II permettent aux champs magnétiques de pénétrer dans un certain intervalle de champs magnétiques (jusqu’à ce que la supraconductivité soit détruite par des champs magnétiques élevés) sous la forme de tourbillons dits d’Abrikosov contenant des noyaux normaux. Cela implique que le mouvement des vortex provoque une résistance finie, de sorte que l’utilisation pratique des supraconducteurs de type II nécessite la création de mécanismes d’épinglage spéciaux empêchant le mouvement des vortex.
L’une des nouvelles propriétés de la supraconductivité de type III est qu’à des champs magnétiques élevés dépassant ce que l’on appelle le « champ critique supérieur ». Cette supraconductivité est détruite par la prolifération des tourbillons, mais pas par la rupture des paires de Cooper supraconductrices.
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Cela permet aux tourbillons de se déplacer sans dissipation d’énergie. Dans les supraconducteurs habituels, le mouvement des tourbillons avec des noyaux normaux entraîne des pertes d’énergie, ce qui implique la nécessité d’introduire des mécanismes spéciaux d’immobilisation des tourbillons pour garantir l’utilisation pratique de la supraconductivité. La supraconductivité de type III permet un mouvement sans dissipation d’énergie pour des performances supraconductrices et magnétiques plus efficaces.
« Le comportement unique des vortex et la capacité de réaliser la supraconductivité dans n’importe quelle dimension dans les matériaux de type III ont des implications significatives pour l’utilisation pratique de la supraconductivité », a déclaré Valerii Vinokur, directeur scientifique de Terra Quantum. Les supraconducteurs de type III n’ont pas de noyau normal et se déplacent sans créer de résistance. Cela signifie que les supraconducteurs de type III conservent leurs propriétés supraconductrices même dans les champs magnétiques appliqués, et qu’il n’est pas nécessaire de créer un mécanisme d’épinglage spécial pour les tourbillons, ce qui est un problème pratique dans les supraconducteurs de type II habituels. Cela permettrait d’obtenir des qubits supraconducteurs fonctionnant sans perte d’énergie.
De nouveaux phénomènes, notamment la création de champs électriques de Coulomb par de nouveaux tourbillons en mouvement, doivent faire l’objet d’études approfondies.
« Alors que nous développons des applications utiles pour l’informatique quantique, nous sommes impatients de voir comment nos travaux sur la technologie supraconductrice amélioreront les technologies quantiques et l’industrie électronique dans son ensemble », a déclaré Markus Pflitsch, PDG de Terra Quantum.
La recherche, intitulée « Topological gauge theory of vortices in type-III superconductors« , a été publiée dans Physical Review B et présente une nouvelle théorie décrivant les supraconducteurs. L’article a été rédigé conjointement par Valerii Vinokur, directeur scientifique de Terra Quantum, Cristina Diamantini de l’université de Pérouse, en Italie, et Carlo Trugenberger de SwissScientific.
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