Quel est l’état topologique, le quatrième état de la matière que Microsoft aurait atteint ?

Microsoft a annoncé une avancée majeure dans le développement de l'informatique quantique avec l'introduction de sa puce Majorana 1 , basée sur la supraconductivité topologique .

Ce dispositif utilise des particules appelées fermions de Majorana pour améliorer la stabilité des qubits quantiques, réduisant ainsi considérablement les erreurs et les interférences externes. La clé de ce progrès réside dans l’exploitation d’un état exotique de la matière appelé état topologique.

L’état topologique de la matière a suscité l’intérêt des scientifiques et des technologues en raison de ses propriétés uniques, qui pourraient révolutionner non seulement l’informatique quantique, mais aussi l’électronique et la physique des matériaux. Mais qu’est-ce que cet État exactement et pourquoi est-il si important ?

Le concept d'état topologique de la matière provient de la topologie, une branche des mathématiques qui étudie les propriétés des objets qui restent inchangés sous des déformations continues, telles que l'étirement ou la torsion, tant qu'ils ne se brisent pas ou ne fusionnent pas. En physique des matériaux, la topologie décrit comment certaines propriétés électroniques peuvent être robustes aux perturbations ou aux impuretés.

Un matériau dans un état topologique possède une caractéristique clé : tandis que son intérieur se comporte comme un isolant, ses bords ou ses surfaces peuvent conduire l'électricité sans résistance. Cette particularité est due à la structure électronique du matériau, qui protège les états de bord contre les perturbations extérieures, garantissant une conduite stable et très efficace.

L’étude des états topologiques de la matière a reçu un élan majeur en 2016, lorsque les physiciens David Thouless, Duncan Haldane et Michael Kosterlitz ont reçu le prix Nobel de physique pour leurs recherches sur les transitions de phase topologiques. Leurs découvertes ont permis de comprendre comment certaines phases de la matière peuvent apparaître dans des conditions extrêmes, comme des températures proches du zéro absolu.

L’un des phénomènes les plus remarquables dans ce domaine est l’effet Hall quantique, dans lequel une feuille métallique exposée à un champ magnétique à des températures extrêmement basses présente une conductance électrique quantifiée sur ses bords, tandis que son intérieur reste isolant. Ce phénomène a été fondamental pour le développement d’appareils électroniques avancés.

L’informatique quantique a le potentiel de résoudre des problèmes qui seraient insolubles avec des ordinateurs conventionnels. Cependant, l’un de ses principaux défis est la stabilité des qubits, car ils sont extrêmement sensibles aux perturbations externes qui peuvent provoquer des erreurs dans les calculs.

C’est ici que les états topologiques jouent un rôle crucial. La supraconductivité topologique, telle que celle utilisée dans la puce Majorana 1 de Microsoft, combine la capacité de certains matériaux à conduire l'électricité sans résistance avec la robustesse des états topologiques. Par conséquent, les qubits générés dans cet état sont intrinsèquement plus stables et moins sujets à la perte de cohérence quantique.

Microsoft a réussi à fabriquer des nanofils supraconducteurs topologiques qui fonctionnent à des températures proches du zéro absolu, ce qui représente une étape importante vers la création d’ordinateurs quantiques pratiques et évolutifs.

La découverte et l’application de l’état topologique de la matière ouvrent de nouvelles opportunités dans de multiples domaines, de l’électronique à l’informatique quantique. Avec des entreprises comme Microsoft qui misent sur cette technologie, l’avenir de l’informatique quantique semble plus prometteur que jamais. À mesure que la recherche progresse, nous sommes susceptibles de voir de nouvelles applications surprenantes de cet état de la matière dans les années à venir.