Informatique
Comment l'impression 3D supraconductrice fait progresser l'informatique quantique
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Fabrication à l'échelle nanométrique : construire le futur atome par atome
À mesure que les scientifiques maîtrisent de mieux en mieux le monde matériel, nos processus de fabrication exigent une précision toujours plus grande. Du simple forgeage du métal dans les forges, nous contrôlons désormais des atomes individuels pour fabriquer des capteurs, des transistors, etc. de pointe.
Une autre conséquence de ce niveau de contrôle croissant est la possibilité de modifier fondamentalement les propriétés d'un matériau. Nous savons désormais comment faire « penser » une fine couche de silicium en la transformant en puce informatique.
D'autres modifications sont possibles, notamment en conférant aux matériaux des caractéristiques naturelles qu'ils ne posséderaient jamais spontanément dans la nature. Une façon d'y parvenir consiste à modifier leur structure à l'échelle nanométrique.
Des scientifiques de l'Institut Max Planck (Allemagne), de l'Institut des technologies électroniques émergentes (Allemagne) et de l'Université de Vienne (Autriche) ont découvert qu'ils pouvaient transformer un matériau en supraconducteur en modifiant sa configuration 3D, construisant ainsi des nanostructures complexes.
Ils ont annoncé leur découverte dans Advanced Function Material1, sous le titre "Nanoarchitectures supraconductrices tridimensionnelles reconfigurables ».
Pourquoi les nanostructures 3D sont essentielles pour repousser les limites de la technologie 2D
De nombreux systèmes à l’échelle nanométrique sont conçus comme de simples feuilles 2D, permettant aux scientifiques de les manipuler avec précision.
Cependant, l’extension à trois dimensions offre la possibilité de surmonter des limitations fondamentales et d’obtenir de nouvelles fonctionnalités.
Par exemple, les limites de la miniaturisation des semi-conducteurs ont fait que les dispositifs 2D ne respectent plus la loi de Moore. L'industrie a donc opté pour des CMOS 3D empilés pour une densité et une interconnectivité accrues.
De même, en optique, les métamatériaux 3D offrent un nouveau contrôle sur les propriétés de la lumière, comme la polarisation à large bande ou les indices de réfraction négatifs, chacun avec ses propres applications potentielles.
Il en va de même aujourd’hui avec les conducteurs et les supraconducteurs, avec la construction d’un processus fonctionnant comme une nano-imprimante 3D, construisant des structures non pas sur une surface plane mais en 3D.
Effets quantiques dans les structures supraconductrices 3D
Les théories de la physique des particules quantiques prédisaient déjà que les structures 3D se comporteraient très différemment des structures 2D. Cela est particulièrement vrai pour les supraconducteurs, matériaux dépourvus de toute résistance électrique, pour lesquels les structures 3D étaient censées permettre un contrôle local des vortex supraconducteurs.
La découverte de ce type de « vortex magnétique » a été récompensée par le prix Nobel de physique en 2003, ce qui a constitué une avancée majeure dans l’explication du fonctionnement de la supraconductivité.
Source: Prix Nobel
La structuration 3D du matériau supraconducteur devrait également créer des phénomènes quantiques entièrement nouveaux (comme le «état nodal dans un ruban de Möbius supraconducteur« ) que les chercheurs pourraient ensuite utiliser pour développer des applications pratiques.
Comment des scientifiques ont construit une nano-imprimante 3D pour supraconducteurs
Les chercheurs ont utilisé le dépôt induit par faisceau d'électrons focalisé 3D (3D FEBID), une méthode connue pour construire des nanostructures 3D qui n'a pas été utilisée pour les matériaux supraconducteurs jusqu'à présent.
Ils ont construit une structure pyramidale composée de quatre filaments nanoscopiques se soutenant mutuellement. Elle est constituée de carbure de tungstène (WC) supraconducteur.
Source: Matériel de fonction avancée
Ils ont ensuite confirmé que la structure présente une transition supraconductrice nette à environ 5°K (-268°C / -450°F).
Ils ont ensuite mesuré que les tourbillons pouvaient se propager le long de la structure selon un mouvement tridimensionnel, entraînant un transfert d'informations et de tension à longue distance. La structure tridimensionnelle contrôlait également la forme des tourbillons.
Source: Matériel de fonction avancée
Supraconductivité reconfigurable avec champs magnétiques
En changeant la direction d'un champ magnétique, la caractéristique supraconductrice pourrait être essentiellement activée et désactivée à volonté, en raison de la forme des tourbillons.
Source: Matériel de fonction avancée
Cela a permis la création d'une structure 3D entièrement supraconductrice (SC), seulement à moitié supraconductrice, ou entièrement avec une résistance électrique normale (N).
Source: Matériel de fonction avancée
La possibilité de créer différents états de supraconductivité au sein de la structure devient plus intéressante car ces structures 3D peuvent être construites en série et reliées entre elles, à l'aide d'un système appelé Les points faibles de Josephson.
« Nous avons découvert qu’il est possible d’activer et de désactiver l’état supraconducteur dans différentes parties de la nanostructure tridimensionnelle, simplement en faisant tourner la structure dans un champ magnétique.
De cette manière, nous avons pu réaliser un dispositif supraconducteur « reconfigurable » !
Cela ouvre la voie à la construction d’assemblages supraconducteurs complexes de sous-composants individuels, tels que des ponts suspendus nanoscopiques.
Source: Matériel de fonction avancée
Comment les supraconducteurs 3D pourraient révolutionner les capteurs et les puces quantiques
Bien qu’extrêmement impressionnant, il peut être au premier abord un peu difficile de comprendre comment cette maîtrise de l’impression 3D à l’échelle nanométrique de matériaux supraconducteurs peut être utilisée pour des applications du monde réel.
Tout d'abord, il est déjà connu que les liaisons faibles Josephson peuvent être utilisées pour créer des capteurs de champ magnétique ultrasensibles. Auparavant, un tel système devait être intégré à la conception du film mince 2D et prédéterminé. Avec ce système reconfigurable, l'un des avantages inhérents à la structure 3D est la possibilité de réaliser des mesures beaucoup plus précises et contrôlables.
Un autre domaine à exploiter est l'informatique supraconductrice, notamment la neuromorphique écoénergétique et l'informatique quantique. L'interconnectivité et la complexité accrues offertes par les géométries 3D devraient permettre de créer des puces informatiques plus complexes et plus puissantes pour ces systèmes.
À terme, cela pourrait constituer les éléments constitutifs de jonctions 3D multiterminales et de réseaux interconnectés de liaisons faibles reconfigurables. Ensemble, ces éléments devraient révolutionner la conception d'un ordinateur quantique, dépassant les systèmes 2D actuels. Ils devraient également être beaucoup plus flexibles, le matériel étant reconfigurable.
Investir dans les solutions de supraconductivité
American Superconductor Corporation : investir dans la supraconductivité réelle
(AMSC )
AMSC est une entreprise qui fournit des solutions énergétiques pour le réseau électrique, les navires et l'énergie éolienne. En général, plus un système est gourmand en énergie ou massif, plus il nécessite une technologie supraconductrice pour éviter la surchauffe.
Malgré son nom, ASMC fournit non seulement des systèmes supraconducteurs, mais également, par exemple, des transmissions par engrenages pour les éoliennes.
L'entreprise s'appuie sur de multiples moteurs de croissance, notamment la tendance à l'électrification et à la numérisation (y compris les centres de données d'IA), la relocalisation des capacités de fabrication américaines et la nécessité pour les marines de l'Anglosphère de se moderniser en réponse aux risques géopolitiques croissants.
Dans le secteur de l'alimentation électrique, AMSC a enregistré une hausse constante des commandes. Cette hausse est due au fait que les usines de semi-conducteurs cherchent à se protéger des fluctuations du réseau électrique, à aider le réseau à faire face à la nature intermittente des énergies renouvelables et à l'alimentation et aux commandes des sites industriels.
AMSC est principalement active dans le secteur des systèmes de contrôle électrique (ECS) pour les éoliennes. Historiquement, l'ESC était un segment porteur pour l'entreprise avec ses éoliennes de 2 MW, mais son activité a progressivement décliné. AMSC vise un rebond grâce à sa nouvelle conception d'éolienne de 3 MW, en ciblant particulièrement le marché indien.
Pour les navires militaires, ASMC fournit le système de contre-mesure magnétique anti-mines supraconductrice à haute température d'AMSC, qui modifie la signature magnétique des navires afin de les protéger des mines marines. Ce système est vendu aux marines américaine, canadienne et britannique, pour un montant de 75 millions de dollars à ce jour.
Dans l’ensemble, l’ASMC est le plus à même d’exploiter la technologie des supraconducteurs dans des applications de niche qui sont viables aujourd’hui, tout en étant probablement prêt à déployer de nouvelles avancées à l’avenir.
Les investisseurs doivent également noter que l’action a connu une volatilité extrême dans le passé et doivent calculer les risques en conséquence.
Actualités Société américaine des supraconducteurs (AMSC) Actualités et développements boursiers
Études référencées :
1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.L'ingénierie de phase structurellement complexe permet d'obtenir des alliages d'aluminium tolérants à l'hydrogène. Nature641, 358 – 364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
