{"id":18488,"date":"2020-06-22T11:10:38","date_gmt":"2020-06-22T10:10:38","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=18488"},"modified":"2020-06-22T12:17:42","modified_gmt":"2020-06-22T11:17:42","slug":"electronique-supraconductrice","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2020\/electronique-supraconductrice\/","title":{"rendered":"L’\u00e9lectronique supraconductrice"},"content":{"rendered":"

J\u2019ai eu le plaisir d\u2019intervenir jeudi 18 juin 2020 dans une masterclass sur le \u201cHardware de l\u2019IA\u201d pour le Hub France IA qui durait deux heures (vid\u00e9o<\/a>). J\u2019y faisais un tour assez large et technique de la grande diversit\u00e9 des solutions mat\u00e9rielles d\u2019acc\u00e9l\u00e9ration des applications de l\u2019intelligence artificielle. J\u2019y couvrais surtout la question des processeurs sp\u00e9cialis\u00e9s et de la m\u00e9moire associ\u00e9e, en laissant un peu de c\u00f4t\u00e9 le stockage et les t\u00e9l\u00e9communications qui jouent aussi un r\u00f4le important.<\/p>\n

Au d\u00e9tour de cette pr\u00e9sentation, j\u2019inventoriais diff\u00e9rentes technologies permettant d\u2019acc\u00e9l\u00e9rer les calculs dont une qui est peu connue, celle du calcul \u00e0 base de composants \u00e9lectroniques supraconducteurs. Je l\u2019ai aussi \u00e9tudi\u00e9e dans le cadre de la pr\u00e9paration de la troisi\u00e8me \u00e9dition de mon ebook open source Comprendre l\u2019informatique quantique<\/a>, qui m\u2019occupe depuis le d\u00e9but du confinement covidesque et que je pr\u00e9vois de publier d\u00e9but septembre 2020. Cette prochaine \u00e9dition sera tr\u00e8s enrichie de nombreuses nouvelles parties avec un contenu scientifique et technologique encore plus dense. J\u2019y aborde en particulier le cas des technologies de pointe qui sont soit concurrentes soit compl\u00e9mentaires du calcul quantique. Celle-ci en fait partie.<\/p>\n

Voici donc en avant-premi\u00e8re le contenu de cette nouvelle partie, parmi plein d\u2019autres, de cette \u00e9dition 2020. Je n\u2019y int\u00e8gre pas toutes les r\u00e9f\u00e9rences et liens, que vous trouverez en bonne et due forme dans l\u2019ebook en septembre 2020.<\/p>\n

L\u2019id\u00e9e de cr\u00e9er des composants \u00e9lectroniques supraconducteurs capables de tirer parti de l\u2019absence de r\u00e9sistance de composants \u00e0 \u00e9lectroniques \u00e0 basse temp\u00e9rature date du d\u00e9but des ann\u00e9es 1960. Promue au d\u00e9part par IBM<\/strong>, elle s\u2019appuie en particulier sur la d\u00e9couverte de l\u2019effet Josephson en 1962. L\u2019effet Josephson d\u00e9crit le passage de courant par effet tunnel dans un circuit supraconducteur et les effets de seuils associ\u00e9s. Le courant traverse une fine barri\u00e8re isolante de quelques nanom\u00e8tres d\u2019\u00e9paisseur. En-dessous d\u2019une certaine tension, le courant se met \u00e0 osciller. Il est g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par les \u00e9lectrons organis\u00e9s en paires de Cooper du nom de Leon Neil Cooper qui les a d\u00e9couverts en 1952. L\u2019interpr\u00e9tation du ph\u00e9nom\u00e8ne de la supraconductivit\u00e9 n\u2019a \u00e9t\u00e9 formul\u00e9e qu\u2019en 1957 par John Bardeen (co-inventeur du transistor en 1947, deux fois prix Nobel de physique), Leon Neil Cooper et John Robert Schrieffer de l\u2019Universit\u00e9 de l\u2019Illinois dans ce que l\u2019on appelle la th\u00e9orie BCS<\/strong>. En 1957, Cooper avait seulement 27 ans et il a obtenu le prix Nobel associ\u00e9 \u00e0 42 ans. N\u00e9 en 1930, il est toujours de ce monde.<\/p>\n

Ces \u00e9lectrons en paires de Cooper sont de spins oppos\u00e9s (polarit\u00e9 magn\u00e9tique) et se constituent du fait du rapprochement des ions m\u00e9talliques \u00e0 leur passage. Le syst\u00e8me se comporte comme une r\u00e9sistance associ\u00e9e \u00e0 une inductance en boucle, l\u2019oscillation \u00e9tant contr\u00f4lable par un champ magn\u00e9tique. Le physicien et prix Nobel de physique Serge Haroche explique l\u2019effet Josephson dans cette vid\u00e9o de son cours<\/a> du Coll\u00e8ge de France de 2011.<\/p>\n

\"image\"<\/a><\/p>\n

Cet effet Josephson sert \u00e0 faire fonctionner les qubits supraconducteurs d\u2019ordinateurs quantiques comme ceux d\u2019IBM<\/strong>, de Google<\/strong>, Rigetti<\/strong>, IQM <\/strong>(Finlande), Alice & Bob <\/strong>(France) et plein d\u2019autres, y compris D-Wave <\/strong>avec ses calculateurs \u00e0 recuit quantique qui s\u2019appuie essentiellement sur l\u2019effet tunnel. L\u2019effet Josephson est aussi exploitable pour cr\u00e9er des transistors supraconducteurs qui ne vont pas faire appel aux m\u00e9canismes de la superposition et de l\u2019intrication propres au calcul quantique. C\u2019est de \u00e7a dont traite le reste de ce texte.<\/p>\n

Leurs b\u00e9n\u00e9fices attendus sont une baisse de la consommation d\u2019\u00e9nergie et une augmentation de la fr\u00e9quence d\u2019horloge des circuits. Donc, dessert et fromage !<\/p>\n

Plusieurs g\u00e9n\u00e9rations de composants supraconducteurs se sont succ\u00e9d\u00e9es depuis les ann\u00e9es 1960 :<\/p>\n