Des chercheurs ont mis au point une nouvelle diode supraconductrice prometteuse pour l’amélioration des performances des systèmes d’intelligence artificielle et la mise à l’échelle des ordinateurs quantiques pour des applications industrielles. Ce dispositif surpasse ses homologues grâce à une efficacité énergétique supérieure, à la capacité de traiter simultanément plusieurs signaux électriques et à une série unique de portes contrôlant le flux d’énergie.
Une équipe de chercheurs a mis au point une diode supraconductrice à haut rendement qui pourrait être utilisée pour développer l’informatique quantique et améliorer les systèmes d’intelligence artificielle. Ce dispositif peut traiter plusieurs signaux simultanément, une caractéristique bénéfique pour l’informatique neuromorphique, et est conçu avec des matériaux plus respectueux de l’industrie, ce qui ouvre la voie à des applications industrielles plus larges.
Une équipe dirigée par l’université du Minnesota Twin Cities a mis au point une nouvelle diode supraconductrice, un composant clé des appareils électroniques, qui pourrait contribuer à l’extension des ordinateurs quantiques pour une utilisation industrielle et à l’amélioration des performances des systèmes d’intelligence artificielle.
Par rapport aux autres diodes supraconductrices, le dispositif des chercheurs est plus économe en énergie, peut traiter plusieurs signaux électriques à la fois et contient une série de portes pour contrôler le flux d’énergie, une caractéristique qui n’avait jamais été intégrée dans une diode supraconductrice auparavant.
L’article a été publié dans Nature Communications, une revue scientifique à comité de lecture qui couvre les sciences naturelles et l’ingénierie.
Une diode permet au courant de circuler dans un sens mais pas dans l’autre dans un circuit électrique. C’est essentiellement la moitié d’un transistor, l’élément principal des puces électroniques. Les diodes sont généralement fabriquées avec des semi-conducteurs, mais les chercheurs souhaitent les fabriquer avec des supraconducteurs, qui ont la capacité de transférer de l’énergie sans en perdre en cours de route.
Une équipe dirigée par l’université du Minnesota Twin Cities a mis au point une diode supraconductrice accordable plus économe en énergie – un composant prometteur pour les futurs appareils électroniques – qui pourrait contribuer à l’augmentation des ordinateurs quantiques pour l’industrie et à l’amélioration des systèmes d’intelligence artificielle. Crédit : Olivia Hultgren / Université de Minnesota Twin Cities
« Nous voulons rendre les ordinateurs plus puissants, mais nos matériaux et nos méthodes de fabrication actuels nous imposeront bientôt certaines limites », explique Vlad Pribiag, auteur principal de l’article et professeur associé à l’école de physique et d’astronomie de l’université du Minnesota. « Nous avons besoin de nouveaux moyens pour développer les ordinateurs, et l’un des plus grands défis pour augmenter la puissance de calcul actuellement est qu’ils dissipent beaucoup d’énergie. Nous réfléchissons donc à la manière dont les technologies supraconductrices pourraient y contribuer. »
Les chercheurs de l’université du Minnesota ont créé l’appareil en utilisant trois jonctions Josephson, qui sont réalisées en prenant en sandwich des morceaux de matériau non supraconducteur entre des supraconducteurs. Dans ce cas, les chercheurs ont relié les supraconducteurs à des couches de semi-conducteurs. La conception unique de l’appareil permet aux chercheurs d’utiliser la tension pour contrôler le comportement de l’appareil.
Leur dispositif a également la capacité de traiter plusieurs entrées de signaux, alors que les diodes typiques ne peuvent traiter qu’une entrée et une sortie. Cette caractéristique pourrait avoir des applications dans l’informatique neuromorphique, une méthode d’ingénierie des circuits électriques pour imiter la façon dont les neurones fonctionnent dans le cerveau afin d’améliorer les performances des systèmes d’intelligence artificielle.
« Le dispositif que nous avons fabriqué a un rendement énergétique proche du plus élevé jamais démontré et, pour la première fois, nous avons montré qu’il est possible d’ajouter des portes et d’appliquer des champs électriques pour ajuster cet effet », explique Mohit Gupta, premier auteur de l’article et doctorant à l’école de physique et d’astronomie de l’université du Minnesota. « D’autres chercheurs ont déjà fabriqué des dispositifs supraconducteurs, mais les matériaux utilisés étaient très difficiles à fabriquer. Notre conception fait appel à des matériaux plus faciles à utiliser pour l’industrie et offrant de nouvelles fonctionnalités ».
La méthode utilisée par les chercheurs peut, en principe, être utilisée avec n’importe quel type de supraconducteur, ce qui la rend plus polyvalente et plus facile à utiliser que d’autres techniques dans ce domaine. Grâce à ces qualités, leur dispositif est plus compatible avec les applications industrielles et pourrait contribuer à accélérer le développement des ordinateurs quantiques en vue d’une utilisation plus large.
« À l’heure actuelle, toutes les machines d’informatique quantique existantes sont très rudimentaires par rapport aux besoins des applications du monde réel », a déclaré M. Pribiag. « Il est nécessaire de passer à l’échelle supérieure pour disposer d’un ordinateur suffisamment puissant pour s’attaquer à des problèmes utiles et complexes. De nombreuses personnes recherchent des algorithmes et des cas d’utilisation pour des ordinateurs ou des machines d’intelligence artificielle qui pourraient potentiellement surpasser les ordinateurs classiques. Ici, nous développons le matériel qui pourrait permettre aux ordinateurs quantiques de mettre en œuvre ces algorithmes. Cela montre le pouvoir des universités qui alimentent ces idées qui finissent par arriver dans l’industrie et sont intégrées dans des machines pratiques ».
Référence : « Gate-tunable superconducting diode effect in a three-terminal Josephson device » par Mohit Gupta, Gino V. Graziano, Mihir Pendharkar, Jason T. Dong, Connor P. Dempsey, Chris Palmstrøm et Vlad S. Pribiag, 29 mai 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-38856-0
Cette recherche a été financée principalement par le ministère de l’énergie des États-Unis, avec le soutien partiel de Microsoft Research et de la National Science Foundation.
Outre Pribiag et Gupta, l’équipe de recherche comprenait Gino Graziano, étudiant diplômé de l’école de physique et d’astronomie de l’université du Minnesota, et les chercheurs Mihir Pendharkar, Jason Dong, Connor Dempsey et Chris Palmstrøm de l’université de Californie à Santa Barbara.