Une expérience quantique révèle la limite de vitesse pour l’électronique

Une expérience quantique révèle la limite de vitesse pour l'électronique
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Les scientifiques savent maintenant à quelle vitesse l’électronique pourrait théoriquement aller. Alors que les ordinateurs et les smartphones deviennent de plus en plus rapides, il existe de nombreuses limites à leur rapidité – cela est dû aux propriétés des matériaux, mais aussi aux lois mêmes de la physique.

Pour étudier ce dernier, une équipe de la TU Wien (Vienne), de la TU Graz et de l’Institut Max Planck d’optique quantique a créé une configuration très spéciale, utilisant des lasers et des matériaux non conducteurs. Ce scénario, tout en n’étant pas une architecture pour l’électronique actuelle, a donné aux scientifiques un moyen de tester la mécanique quantique à sa limite.

Et il y a une limite. Selon les travaux, publiés dans Nature Communications, les processus contrôlés impliquant la lumière et l’électronique dans les matériaux ne peuvent pas dépasser un pétahertz. Cela représente environ 1 000 billions de processus par seconde. Les processeurs disponibles dans le commerce ont une fréquence d’horloge de l’ordre de 4,5 gigahertz, la limite est donc plus de 250 000 fois plus rapide.

“Pendant longtemps, de tels processus ont été considérés comme instantanés”, a déclaré le co-auteur, le professeur Christoph Lemell de la TU Wien, dans un communiqué. “Aujourd’hui, cependant, nous disposons de la technologie nécessaire pour étudier en détail l’évolution temporelle de ces processus ultrarapides.”

La limite vient d’une des pierres angulaires de la mécanique quantique : le principe d’incertitude. Vous le connaissez peut-être comme suit : plus vous connaissez précisément la position d’une particule, moins son impulsion peut être prédite avec précision, et vice versa. Ceci peut également être appliqué à l’énergie et au temps. Donc, pour une vitesse plus rapide, vous avez besoin d’impulsions laser plus courtes, ce qui signifie que l’énergie n’est pas définie avec précision.

Et l’énergie est la clé. Pour que l’électricité circule, vous avez besoin d’électrons libres, et l’énergie fournie au système peut séparer les électrons des atomes. Ainsi, s’il existe une incertitude sur l’énergie que vous fournissez, votre système peut ne pas fonctionner comme prévu au-delà d’un certain seuil d’impulsions de courte durée.

“Nous pouvons dire exactement à quel moment les porteurs de charge gratuits sont créés, mais pas dans quel état d’énergie ils se trouvent”, a expliqué Lemell. “Les solides ont différentes bandes d’énergie, et avec de courtes impulsions laser, beaucoup d’entre eux sont inévitablement peuplés de porteurs de charge libres en même temps.”

Bien que le pétahertz soit une belle limite ronde, l’équipe pense qu’il est peu probable que l’électronique s’en approche. Il existe d’autres propriétés physiques liées aux matériaux spécifiques et à la configuration spécifique qui doivent être testées pour comprendre la limite de vitesse physique réelle. Mais au moins, il existe maintenant des approches qui peuvent atteindre ces limites.

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