nanotechnologie

Rédaction du site sur l’innovation technologique – 03/07/2023

Collisionneur sur puce

Les accélérateurs d’électrons comptent parmi les installations scientifiques les plus polyvalentes qui existent, utiles dans des domaines allant de la caractérisation des minéraux au développement de nouveaux médicaments.

Mais il existe de nombreuses autres applications qui ne peuvent pas bénéficier de ces grands laboratoires – ils ont généralement la taille d’un stade de football et coûtent des millions de dollars.

En fait, la miniaturisation des accélérateurs de particules est une entreprise séculaire, avec un accélérateur d’électrons préexistant de la taille d’un grain de riz.

Mais tout peut être encore meilleur s’il est possible de construire non seulement un accélérateur, mais aussi un accélérateur qui accélère précisément et interagit avec les électrons.

Aujourd’hui, pas moins de trois équipes, travaillant de manière indépendante, ont annoncé qu’elles y étaient parvenues, en intégrant des accélérateurs d’électrons dans des puces et en le faisant avec la précision nécessaire pour gérer les électrons individuels, ce qui a finalement conduit à la création d’accélérateurs d’électrons dans une puce. a rendu possible. .

Et la précision obtenue présente des avantages considérables. La capacité de traiter non pas des faisceaux d’électrons, mais des électrons individuels, permettra de porter l’observation à un nouveau niveau, de développer de nouveaux types de qubits pour les ordinateurs quantiques, de développer l’optique quantique et une gamme d’autres possibilités, sans parler de cursus études fondamentales de physique.

Bien qu’elles soient composées de membres de différentes institutions, les équipes étaient dirigées par des chercheurs de l’Université technique de Braunschweig (Allemagne), de l’Université de Grenoble Alpes (France) et du National Physics Laboratory (Royaume-Uni).

Accélérateur d’électrons construit par Junliang Wang et ses collègues de l’Université de Grenoble Alpes (France).
[Imagem: Wang et al. – 10.1038/s41565-023-01368-5]

électrons volants

Les collisionneurs sur puce intègrent des sources à électron unique, un mécanisme de synchronisation de déclenchement ultra-précis et des détecteurs à électron unique, qui enregistrent les résultats des collisions.

Une paire d’électrons est générée par deux sources distinctes et placée sur des orbites qui se croisent afin qu’une collision puisse se produire. Si les sources sont synchronisées avec précision, l’interaction entre les deux électrons à l’intersection déterminera le chemin qu’ils empruntent chacun.

C’est pourquoi il est important de maintenir un mécanisme d’horloge précis dans la gamme des picosecondes (10^-12 seconde), de sorte que les électrons soient déclenchés juste assez pour se rencontrer.

Accélérateur d’électrons construit par Jonathan Fletcher et ses collègues du National Physical Laboratory (Royaume-Uni).
[Imagem: Fletcher et al. – 10.1038/s41565-023-01369-4]

CPU quantique indépendant

Malgré la brièveté de la rencontre des deux électrons, les équipes ont construit des dispositifs capables de suivre les trajectoires des particules et, surtout, de surveiller l’interaction des deux électrons.

Ces démonstrations d’interaction électronique résolue dans le temps montrent non seulement que les électrons relativistes peuvent être utilisés comme capteur ou commutateur ultrarapide, mais démontrent également un mécanisme pratique pour générer le phénomène d’intrication quantique, une partie importante de l’informatique quantique et d’autres théories quantiques. les technologies.

« Les qubits d’électrons volants sont considérés comme un lien d’information potentiel au sein d’un ordinateur quantique, mais ils promettent également – comme des approches photoniques similaires – une unité de traitement quantique à part entière. L’optique quantique est soumise à l’interaction de Coulomb, qui fournit une voie directe vers l’intrication. des degrés de liberté orbitaux ou de spin ont écrit Junliang Wang et ses collègues.

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