Effets quantiques : Nouveau plan de construction pour les transistors à un atome
Le composant le plus important d'un ordinateur - si petit que la physique quantique prend le relais. Des chercheurs viennent de démontrer en laboratoire comment diriger l'électricité avec un seul atome.
Depuis des décennies, les fabricants de puces cherchent à fabriquer des transistors toujours plus petits. Les commutateurs marche/arrêt sont l'élément central d'une puce d'ordinateur. Plus ils sont petits, plus ils sont nombreux et plus l'ordinateur est puissant. Mais à l'extrémité inférieure de l'échelle de taille, il y a plus qu'une simple augmentation de la performance : si le composant se rétrécit en dessous d'une certaine limite, les effets quantiques dominent l'action. Et grâce à eux, il sera peut-être possible un jour de construire un ordinateur quantique utilisable au quotidien.
Comment fabriquer des transistors fiables dont l'élément central n'est constitué que d'un seul atome, c'est ce qu'expliquent les chercheurs de Richard Silver, du National Institute of Standards and Technology américain, dans la revue "Nature Communications". Ils utilisent pour cela le réseau régulier d'atomes d'une surface de silicium pour disposer des atomes de phosphore de manière à créer entre eux des espaces d'une longueur définie avec précision. Si l'on applique une tension à la construction, des électrons individuels peuvent toujours sauter d'un atome de phosphore à l'autre, de sorte que le courant circule entre eux.
Ce qui est important, c'est que les électrons ne réussissent à sauter que grâce à l'effet de tunnel de la physique quantique. Ils franchissent ainsi une barrière qu'ils ne peuvent pas vraiment franchir. En modifiant de quelques nanomètres les espaces entre les atomes, Silver et son équipe ont pu manipuler spécifiquement les propriétés de tunnel du transistor.
Un long chemin de la théorie à la pratique
Pour l'instant, cette étude n'est qu'une recherche fondamentale. Les chercheurs n'envisagent pas d'application concrète. Mais comme le transistor fonctionne strictement selon les principes de la physique quantique, il pourrait être utilisé pour exploiter d'autres effets quantiques - comme l'intrication, qui est généralement nécessaire pour construire des qubits. Les qubits, ou bits quantiques, constituent la base de tout ordinateur quantique et peuvent être réalisés de différentes manières. La meilleure façon de procéder est encore largement ouverte.
Silver et ses collègues vantent la fiabilité de leur méthode de fabrication. La fabrication de transistors mono-atomiques est un "processus difficile et complexe que chacun doit apprendre à maîtriser. Mais nous venons d'écrire les étapes nécessaires pour que d'autres équipes n'aient plus à procéder par essais et erreurs", déclare Curt Richter, coauteur de Silver, dans un communiqué de presse du NIST.
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