Grâce à des cristaux ultra-purs refroidis près du zéro absolu, des magnons survivent désormais presque cent fois plus longtemps

Dans un laboratoire refroidi presque au zéro absolu, des chercheurs ont prolongé la vie d’une étrange quasi-particule magnétique jusqu’à 18 microsecondes. Cette avancée spectaculaire pourrait accélérer l’arrivée d’ordinateurs quantiques puissants et remettre en question plusieurs limites admises depuis des décennies.

Des magnons enfin assez stables pour devenir des candidats sérieux à l’informatique quantique

Dans l’univers quantique, les magnons ressemblent à de minuscules messagers capables de voyager à travers les matériaux magnétiques. Leur comportement intrigue les physiciens depuis des années, car ils pourraient transporter des informations quantiques dans des circuits infiniment plus petits que ceux utilisés aujourd’hui.

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Mais ces quasi-particules souffraient d’un problème majeur : leur durée de vie disparaissait presque aussitôt après leur création. Pendant longtemps, cette fragilité a empêché les chercheurs d’imaginer des applications concrètes dans les futures technologies quantiques.

Jusqu’ici, les meilleurs résultats dépassaient rarement quelques centaines de nanosecondes. Les chercheurs de l’Université de Vienne viennent pourtant de pulvériser cette limite avec des magnons capables de survivre plus de 18 microsecondes, soit près de cent fois plus longtemps que les précédents records. L’étude, publiée dans Science Advances, attire déjà l’attention des spécialistes des technologies quantiques.

Refroidis près du zéro absolu, des cristaux ultra-purs ralentissent la dissipation quantique

Pour atteindre ce résultat, les scientifiques ont utilisé de minuscules sphères de grenat d’yttrium et de fer, un matériau magnétique connu sous le nom de YIG. Chaque sphère mesure à peine 0,3 millimètre de diamètre. Une taille minuscule, mais essentielle pour contrôler les phénomènes quantiques observés.

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Ces sphères ont ensuite été refroidies à seulement 30 millikelvins grâce à un cryostat spécialisé. À cette température, située juste au-dessus du zéro absolu, l’agitation thermique devient extrêmement faible. Les phénomènes qui détruisent normalement les magnons ralentissent alors brutalement.

L’équipe autrichienne a également abandonné les magnons classiques au profit de magnons à courte longueur d’onde. Ces derniers résistent beaucoup mieux aux défauts microscopiques présents à la surface des cristaux. Ce détail technique change tout : moins d’interférences signifie une stabilité quantique nettement plus longue.

La qualité atomique des cristaux apparaît comme la clé de la durée de vie des magnons

L’expérience a révélé un autre élément inattendu. La longévité des magnons dépend directement de la la pureté des cristaux utilisés. Les chercheurs ont testé plusieurs sphères présentant différents niveaux de qualité afin de mesurer leur influence sur la dissipation quantique.

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Les résultats montrent une tendance spectaculaire : plus le matériau est pur, plus les magnons survivent longtemps. Même l’échantillon considéré comme le moins performant a dépassé les records précédents. Cette découverte remet en question les anciennes limites théoriques attribuées jusqu’ici aux lois fondamentales de la physique.

Ces quasi-particules pourraient connecter plusieurs technologies quantiques incompatibles

Les magnons intéressent autant les chercheurs, c’est aussi parce qu’ils peuvent interagir naturellement avec d’autres quasi-particules comme les photons ou les phonons. Cette capacité ouvre la voie à des systèmes hybrides capables de connecter plusieurs technologies quantiques aujourd’hui difficiles à faire communiquer.

Leur taille constitue un autre avantage majeur. Les longueurs d’onde des magnons peuvent atteindre l’échelle du nanomètre, ce qui permettrait de fabriquer des circuits quantiques extrêmement compacts. Des processeurs plus petits et potentiellement moins énergivores deviennent alors envisageables.

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Les chercheurs estiment désormais que les prochaines avancées dépendront surtout des progrès en science des matériaux. Derrière ces cristaux ultra-purs refroidis dans un silence thermique presque absolu se dessine peut-être une nouvelle génération de machines quantiques capables de fonctionner bien au-delà des limites imaginées il y a encore quelques années.