Sciences

Un nouvel état de la matière vient d'être observé pour la première fois

Temps de lecture : 2 min

Les liquides de spins quantiques ouvrent de nouvelles perspectives dans le domaine de la confection de superordinateurs.

Parce qu'ils ne gèlent pas, les aimants magnétiques permettent de maintenir le spin quantique à l'état liquide. | Michael Dziedzic via Pixabay
Parce qu'ils ne gèlent pas, les aimants magnétiques permettent de maintenir le spin quantique à l'état liquide. | Michael Dziedzic via Pixabay

Solide, liquide et gazeux: on connaît les trois états classiques de la matière. Ce ne sont pourtant pas les seuls, et d'autres états plus exotiques existent, comme le plasma ou l'état superfluide. Désormais, il faut également en ajouter un autre: le liquide de spin quantique.

Cet état fait l'objet de spéculations diverses depuis des décennies, même s'il n'avait jamais été observé. C'est désormais chose faite, rapporte une étude de l'université de Harvard, dont les résultats ont été publiés dans la revue Science.

Le liquide de spin quantique fait référence à des aimants magnétiques qui, contrairement à des aimants ordinaires, ne gèlent pas, même à très basse température et ne se stabilisent donc pas en un état solide aux propriétés magnétiques. Dans ce nouvel état de matière, les électrons sont désordonnés, d'où sa comparaison avec un liquide.

Le «spin quantique» désigne quant à lui l'orientation du moment cinétique porté par les particules, qui sont enchevêtrées par paires avec des spins opposés, explique Science Alert. Dans les aimants classiques, le spin des électrons est orienté dans la même direction –vers le haut ou vers le bas–, entraînant ce que l'on appelle le magnétisme. Dans les liquides de spins quantiques, un troisième électron entre en jeu, et met littéralement le bazar.

Avec l'introduction d'un troisième électron, les spins des électrons ne peuvent pas s'aligner dans une seule direction, ce qui crée un aimant appelé «frustré». Cette frustration magnétique crée un maintien du «désordre» des spins, ce qui permet la conservation de cet «état liquide», même à basse température, ajoute TrustmyScience.

Observation

Cette observation inédite, les membres de l'étude l'ont obtenue en utilisant un simulateur quantique programmable, conçu en 2017. Grâce au laser de cet appareil, les scientifiques ont organisé individuellement les atomes suivant un motif en treillis, de façon à reproduire cet aimant frustré.

Cette toute première observation est particulièrement intéressante, car elle ouvre de nouvelles perspectives, notamment en ce qui concerne la confection d'ordinateurs quantiques plus performants et plus fiables.

Contrairement aux ordinateurs classiques, qui fonctionnent sur un système binaire de bits 0 ou 1, les ordinateurs quantiques recourent aux qubits. Problème: les qubits souffrent d'une grande instabilité, et la moindre variation de champ magnétique, de vibration ou même de température suffit à faire perdre aux qubits leurs propriétés quantiques. C'est là que pourraient intervenir les liquides de spins quantiques.

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Ce nouvel état de matière pourrait en effet permettre de développer des qubits topologiques, mieux protégés contre les interférences extérieures que les qubits classiques. De quoi maintenir un état quantique suffisamment long pour générer les résultats de calculs.

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