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IBM fait un pas vers l'ordinateur quantique

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En exploitant les particularités quantiques de la matière à l'échelle atomique, les ingénieurs de recherche d'IBM tentent de concevoir un processeur 260 000 fois plus petit que les puces de silicium...

Cette image montre une surface de 28 par 28 nm sur laquelle a été réalisée l'expérience, composée de couches étagées de cuivre et de nitrure de cuivre où on est venu placer des structures d'atomes de manganèse: les surfaces plates correspondent au cuivre,

Pour tenter de révolutionner la microélecronique, une équipe du centre de recherche IBM d'Almaden à San Jose, en Californie, s'est appuyée sur une nouvelle méthode de mesure des propriétés magnétiques des atomes développée en 2004, dite « spectroscopie de rotation de spin ».

Pour parler de façon simple, chaque atome pris individuellement possède une propriété physique qui le caractérise : le spin, c'est-à-dire grossièrement son orientation dans la matière. Introduite par les théoriciens de la mécanique quantique dans les années 1920, menés par Pauli, cette propriété magnétique qui affecte les électrons ainsi que toutes les particules subatomiques peut s'interpréter comme un moment angulaire, c'est-à-dire une mesure de la rotation de la particule sur elle-même ce qui lui donne une orientation. Ce spin prend différentes valeurs quantifiées (c'est-à-dire fixées par avance).

Sur le papier, chaque niveau de spin peut être considéré comme un état auquel on affecterait une valeur, zéro ou un par exemple. Le passage contrôlé de l'une à l'autre de ces valeurs pourrait être exploité comme s'il s'agissait d'un transistor élémentaire. D'où l'idée d'appliquer le phénomène pour imaginer de nouveaux matériaux pour un ordinateur atomique : chaque atome se comporterait comme un processeur de base.

Quelques dizaines d'atomes de manganèse à 0,5 degrés Kelvin

Pour les chercheur d'IBM, il s'agit de contrôler les états de spin, en quelques sorte d'obtenir un spin à la demande, puis de mesurer le changement qui survient au passage d'un spin à l'autre. La méthode de mesure du changement de spin a été mise au point par IBM il y a deux ans à partir d'un microscope à effet tunnel couplé à des aimants supraconducteurs très puissants (le champ produit est 140 000 fois supérieur au champ magnétique terrestre). L'ensemble du dispositif est refroidi à une température proche du zéro absolu (0,5 Kelvin).

Les premiers résultats viennent de tomber dans la revue Science (1) . La manipulation consiste dans un premier temps à déplacer des atomes de manganèse isolément, pour les ajouter au fur et à mesure, au sein d'une couche très fine (du Cuivre), à une structure composée au départ de chaînes de un à une dizaine d'atomes de manganèse. Le changement de spin des atomes ajoutés, qui est dû à leurs interactions, entraîne un effet magnétique : les chaînes composées d'un nombre pair d'atomes ne produisent pas d'effet magnétique, contrairement à celles composées d'un nombre impair. A partir de là, il est possible d'imaginer des états différents assimilable à « 0 » et « 1 ». Avec, à la clé peut-être, un processeur "atomique" 260 000 fois plus petit...

« Ce type de recherche est très important pour l'évolution à long terme des technologies de l'informatique » a déclaré Gian-Luca Bona, un responsable d'IBM, dans un communiqué de la société. L'optimisation et la miniaturisation des composants électroniques actuels a en effet des limites intrinsèques.

(1) : "Spin Coupling in Engineered Atomic Structures" - Cyrus F. Hirjibehedin, Christopher P. Lutz, Andreas J. Heinrich,IBM Research Division, Almaden Research Center, 650 Harry Road, San Jose, CA 95120, USA. Science.1125398

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