Microscope à effet tunnelthumb|Atomes de silicium à la surface d'un cristal de carbure de silicium (SiC). Image obtenue à l'aide d'un STM. Le microscope à effet tunnel (en anglais, scanning tunneling microscope, STM) est inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique pour cette invention en 1986. C'est un microscope en champ proche qui utilise un phénomène quantique, l'effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d'états électroniques de surfaces conductrices ou semi-conductrices avec une résolution spatiale pouvant être égale ou inférieure à la taille des atomes.
Effet tunnelL'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel même si son énergie est inférieure à l'énergie minimale requise pour franchir cette barrière. C'est un effet purement quantique, qui ne peut pas s'expliquer par la mécanique classique. Pour une telle particule, la fonction d'onde, dont le carré du module représente la densité de probabilité de présence, ne s'annule pas au niveau de la barrière, mais s'atténue à l'intérieur de la barrière (pratiquement exponentiellement pour une barrière assez large).
Effet JosephsonEn physique, l’effet Josephson se manifeste par l'apparition d'un courant entre deux matériaux supraconducteurs séparés par une couche faite d'un matériau isolant ou métallique non supraconducteur. Dans le premier cas, on parle de « jonction Josephson S-I-S » (supraconducteur-isolant-supraconducteur) et dans le second de « jonction S-M-S ». On distingue deux types d'effets Josephson, l'effet Josephson « continu » (D.C. Josephson effect en anglais) et l'effet Josephson « alternatif » (A.C. Josephson effect).
Phase qubitIn quantum computing, and more specifically in superconducting quantum computing, the phase qubit is a superconducting device based on the superconductor–insulator–superconductor (SIS) Josephson junction, designed to operate as a quantum bit, or qubit. The phase qubit is closely related, yet distinct from, the flux qubit and the charge qubit, which are also quantum bits implemented by superconducting devices.
Mécanique quantiqueLa mécanique quantique est la branche de la physique théorique qui a succédé à la théorie des quanta et à la mécanique ondulatoire pour étudier et décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans les systèmes physiques, plus particulièrement à l'échelle atomique et subatomique. Elle fut développée dans les années 1920 par une dizaine de physiciens européens, pour résoudre des problèmes que la physique classique échouait à expliquer, comme le rayonnement du corps noir, l'effet photo-électrique, ou l'existence des raies spectrales.
Flux qubitIn quantum computing, more specifically in superconducting quantum computing, flux qubits (also known as persistent current qubits) are micrometer sized loops of superconducting metal that is interrupted by a number of Josephson junctions. These devices function as quantum bits. The flux qubit was first proposed by Terry P. Orlando et al. at MIT in 1999 and fabricated shortly thereafter. During fabrication, the Josephson junction parameters are engineered so that a persistent current will flow continuously when an external magnetic flux is applied.
Charge qubitIn quantum computing, a charge qubit (also known as Cooper-pair box) is a qubit whose basis states are charge states (i.e. states which represent the presence or absence of excess Cooper pairs in the island). In superconducting quantum computing, a charge qubit is formed by a tiny superconducting island coupled by a Josephson junction (or practically, superconducting tunnel junction) to a superconducting reservoir (see figure). The state of the qubit is determined by the number of Cooper pairs that have tunneled across the junction.
TempératureLa température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz), par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l’entropie (en thermodynamique et en physique statistique).
Champ électromagnétiqueUn champ électromagnétique ou Champ EM (en anglais, electromagnetic field ou EMF) est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées. Concept important de l'électromagnétisme, ce champ représente l'ensemble des composantes de la force électromagnétique s'appliquant sur une particule chargée se déplaçant dans un référentiel galiléen. Une particule de charge q et de vecteur vitesse subit une force qui s'exprime par : où est le champ électrique et est le champ magnétique.
Boîte quantiqueUne boîte quantique ou point quantique, aussi connu sous son appellation anglophone de quantum dot, est une nanostructure de semi-conducteurs. De par sa taille et ses caractéristiques, elle se comporte comme un puits de potentiel qui confine les électrons (et les trous) dans les trois dimensions de l'espace, dans une région d'une taille de l'ordre de la longueur d'onde des électrons (longueur d'onde de De Broglie), soit quelques dizaines de nanomètres dans un semi-conducteur.
Méthode expérimentaleLes méthodes expérimentales scientifiques consistent à tester la validité d'une hypothèse, en reproduisant un phénomène (souvent en laboratoire) et en faisant varier un paramètre. Le paramètre que l'on fait varier est impliqué dans l'hypothèse. Le résultat de l'expérience valide ou non l'hypothèse. La démarche expérimentale est appliquée dans les recherches dans des sciences telles que, par exemple, la biologie, la physique, la chimie, l'informatique, la psychologie, ou encore l'archéologie.
Informatique quantiqueL'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'utilisant que des phénomènes de physique classique, notamment de l'électricité (exemple du transistor) ou de mécanique classique (exemple historique de la machine analytique). En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes de la mécanique quantique, à savoir l'intrication quantique et la superposition.
Microscopie à sonde localeLa microscopie à sonde locale (MSL) ou microscopie en champ proche (MCP) ou scanning probe microscopy (SPM) en anglais est une technique de microscopie permettant de cartographier le relief (nano-topographie) ou une autre grandeur physique en balayant la surface à imager à l'aide d'une pointe très fine (la pointe est idéalement un cône se terminant par un seul atome). Le pouvoir de résolution obtenu par cette technique permet d'observer jusqu'à des atomes, ce qui est physiquement impossible avec un microscope optique, quel que soit son grossissement.
Tenseur électromagnétiqueLe tenseur électromagnétique, ou tenseur de Maxwell est le nom de l'objet mathématique décrivant la structure du champ électromagnétique en un point donné. Le tenseur électromagnétique est aussi connu comme : le tenseur d'intensité du champ électromagnétique ; le tenseur du champ magnétique ; le tenseur de Maxwell ; le tenseur de Faraday. Ce tenseur est défini dans le cadre du formalisme mathématique de la relativité restreinte, où aux trois dimensions spatiales est adjointe une dimension temporelle.
QuantumEn physique, quantum (mot latin signifiant « combien » et dont le pluriel s'écrit « quanta ») représente la plus petite mesure indivisible, que ce soit celle de l'énergie, de la quantité de mouvement ou de la masse. Cette notion est centrale en théorie des quanta, laquelle a donné naissance à la mécanique quantique. La théorie des quanta ou théorie quantique, affirme que l'énergie rayonnante est discontinue. Les quanta sont alors les quantités minimales, les « grains » composant cette énergie. Leur valeur est h.
Superconducting quantum computingSuperconducting quantum computing is a branch of solid state quantum computing that implements superconducting electronic circuits using superconducting qubits as artificial atoms, or quantum dots. For superconducting qubits, the two logic states are the ground state and the excited state, denoted respectively. Research in superconducting quantum computing is conducted by companies such as Google, IBM, IMEC, BBN Technologies, Rigetti, and Intel. Many recently developed QPUs (quantum processing units, or quantum chips) utilize superconducting architecture.
Computational electromagneticsComputational electromagnetics (CEM), computational electrodynamics or electromagnetic modeling is the process of modeling the interaction of electromagnetic fields with physical objects and the environment. It typically involves using computer programs to compute approximate solutions to Maxwell's equations to calculate antenna performance, electromagnetic compatibility, radar cross section and electromagnetic wave propagation when not in free space.
Quantum networkQuantum networks form an important element of quantum computing and quantum communication systems. Quantum networks facilitate the transmission of information in the form of quantum bits, also called qubits, between physically separated quantum processors. A quantum processor is a small quantum computer being able to perform quantum logic gates on a certain number of qubits. Quantum networks work in a similar way to classical networks. The main difference is that quantum networking, like quantum computing, is better at solving certain problems, such as modeling quantum systems.
Magnetic flux quantumThe magnetic flux, represented by the symbol Φ, threading some contour or loop is defined as the magnetic field B multiplied by the loop area S, i.e. Φ = B ⋅ S. Both B and S can be arbitrary, meaning Φ can be as well. However, if one deals with the superconducting loop or a hole in a bulk superconductor, the magnetic flux threading such a hole/loop is quantized. The (superconducting) magnetic flux quantum Φ0 = h/(2e) ≈ is a combination of fundamental physical constants: the Planck constant h and the electron charge e.
Paire de CooperEn physique de la matière condensée, une paire de Cooper est le nom donné aux électrons liés entre eux à basses températures d'une manière spécifique décrite en 1956 par Leon Cooper. Leon Cooper montrait qu'une petite interaction arbitraire entre électrons dans un métal peut induire un état de paire d'électrons ayant une énergie plus basse que l'énergie de Fermi, ce qui implique que cette paire est liée. Dans les supraconducteurs classiques, cette attraction est due à l'interaction électron-phonon.
