Reflets de la Physique n°61 mar/avr/mai 2019
Reflets de la Physique n°61 mar/avr/mai 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°61 de mar/avr/mai 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 56

  • Taille du fichier PDF : 3,8 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur l'amplification d'impulsions laser par dérive de fréquence.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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de ces nanofils. Leur manipulation serait obtenue grâce à l’application de grilles électrostatiques et de flux magnétiques. En particulier, les effets électrostatiques discutés ci-dessus permettent de concevoir un qubit formé de quatre quasi-particules de Majorana, dont le’0’logique et le’1’logique correspondent à des états de même parité. Grâce à la répulsion coulombienne, un tel qubit topologique serait protégé des charges électriques mobiles dans son environnement. Il serait donc potentiellement plus stable. Le domaine de recherche qui vient d’être décrit s’est développé dans un temps relativement court. Les premiers travaux théoriques datent des années 2000 ; ils ont été rapidement suivis de propositions concrètes d’architectures à réaliser en laboratoire. Les premiers résultats expérimentaux sont ensuite apparus en 2012. Une telle rapidité ne doit cependant pas occulter que ce domaine de recherche a profité de la maturité des micro- et nanotechnologies développées depuis les années 1980, et notamment leur application au domaine de la supraconductivité mésoscopique et des effets de proximité. Les fortes contraintes sur les paramètres à réaliser pour atteindre le régime topologique ont également nécessité une recherche poussée sur les matériaux, couteuse en moyens et en main d’œuvre. De très nombreux laboratoires publics se sont engagés dans ce domaine. Les perspectives en information quantique, qui expliquent d’ailleurs pour une large part l’engouement actuel pour la mise en évidence et la manipulation des quasi-particules de Majorana dans les supraconducteurs, ont également motivé le retour de grandes entreprises privées dans le financement d’une telle recherche fondamentale, encore très éloignée des applications. C’est le cas par exemple de Microsoft, qui a investi des moyens importants dans ce domaine en créant des laboratoires nommés « Station Q » à Delft, Copenhague et Santa Barbara, tandis que Google et IBM ont fourni un effort comparable sur la voie alternative des circuits quantiques supraconducteurs. Alors que plusieurs résultats spectaculaires décrits ci-dessus ont déjà été obtenus, la qualité exceptionnelle des échantillons réalisés a aussi permis d’aborder des questions en dehors du champ de la supraconductivité topologique et que la recherche en physique mésoscopique avait laissées en 10 Reflets de la Physique n°61 Références 1 E. Majorana, «Teoria simmetrica dell’elettrone e del positrone», Nuovo Cimento 14 (1937) 171. 2C. Marquet etL. Simard, « Le neutrino est-il identique à son antiparticule ? », Reflets de la physique, 24 (2011) 11. 3 N. Read et D. Green, «Paired states of fermions in two dimensions with breaking of parity and time-reversal symmetries, and the fractional quantum Hall effect», Phys. Rev. B 61 (2000) 10267. 4 A.Yu. Kitaev, «Unpaired Majorana fermions in quantum wire», Phys. Usp. 44 (2001) 131. 5L. Fu etC.L. Kane, «Superconducting proximity effect and Majorana fermions at the surface of a topological insulator», Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 096407. 6 R.M. Lutchyn et al., «Majorana Fermions and a topological phase transition in semiconductor-superconductor heterostructures», Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 077001. 7 Y. Oreg et al., »Helical liquids and Majorana bound states in quantum wires», Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 177002. 8 V. Mourik et al., «Signatures of Majorana fermions in hybrid superconductor-semiconductor nanowire devices», Science 336 (2012) 1003. 9 S. Nadj-Perge et al., «Observation of Majorana fermions in ferromagnetic atomic chains on a superconductor», Science 346 (2014) 602. 10 Q.L. He et al., «Chiral Majorana fermion modes in a quantum anomalous Hall insulator–superconductor structure», Science 357 (2017) 294. 11 S.M. Albrecht et al., «Exponential protection of zero modes in Majorana islands», Nature 531 (2016) 206. 12L.P. Rokhinson et al., «Observation of the fractional ac Josephson effect : the signature of Majorana particles», Nature Phys. 8 (2012) 795. 13 D.A. Ivanov, «Non-abelian statistics of half-quantum vortices in p-wave superconductors», Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 268. 14 H. Zhang et al., «Quantized Majorana conductance», Nature 556 (2018) 74. suspens, faute de matériaux adaptés. D’un point de vue conceptuel, ce domaine a naturellement accompagné un très large mouvement d’ensemble pour la prise en compte des aspects topologiques dans de multiples domaines de la physique. La topologie a d’ailleurs été mise en avant avec le prix Nobel de physique attribué à Haldane, Kosterlitz et Thouless en 2016. On peut donc raisonnablement espérer que des découvertes majeures continueront d’apparaitre suite aux efforts dans ce domaine, en lien avec les prédictions de Majorana... ou pas. (a) Cet article est la version largement développée d’une contribution que nous avions rédigée pour le dossier « Les formes exotiques de la matière » du n°530 de La Recherche (décembre 2017). (b) La conductance est l’inverse de la résistance. (c) Le caractère pair ou impair est déterminé par les états loin du niveau de Fermi qui ne participent pas au condensat.
Brève Le gravimètre quantique absolu (à droite) et son unité de contrôle (à gauche). Avancées de la recherche Muquans valide son gravimètre quantique Lettre d’innovation du CNRS du 18 octobre 2018 Les technologies quantiques se mettent à l’épreuve du terrain  : le gravimètre quantique absolu (AQG) de la start-up Muquans, qui permet de mesurer avec une grande précision l’accélération de la pesanteur et d’évaluer ainsi les variations de masses sous la surface du sol, a réussi sa sortie. Jusqu’ici, ce type d’instrument, basé sur un interféromètre à ondes de matière, restait confiné dans les laboratoires à l’état de dispositif expérimental d’une grande complexité. Une campagne de mesures menée avec des géophysiciens a montré que l’AQG de Muquans, première version industrielle d’un gravimètre à ondes de matière, pouvait concilier hautes performances et robustesse avec un fonctionnement autonome sur une période de plusieurs semaines. Cette démonstration a pu être réalisée grâce à une collaboration étroite entre la start-up et les chercheurs des laboratoires Géosciences Montpellier (a) et Géosciences environnement Toulouse (b), dans le cadre de l’Infrastructure de Recherche RESIF (Réseau sismologique et géodésique français). L’ensemble de ces résultats (c) est le fruit d’un travail de recherche de haut niveau mené depuis plusieurs années par les équipes de deux directeurs de recherche (d) du CNRS, et de leur implication dans la création de l’entreprise de hautes technologies Muquans (e). Jusqu’à l’avènement des technologies quantiques, la meilleure méthode de gravimétrie absolue consistait à mesurer par interférométrie laser l’accélération subie par un réflecteur à coin de cube en chute libre. Le gravimètre quantique absolu reprend le principe d’une mesure de chute libre, mais en caractérisant cette fois la chute d’un nuage d’atomes à très basse température. Des atomes de rubidium, piégés par des lasers, sont refroidis à une température proche du zéro absolu. Laissés en chute libre, leur accélération verticale est alors mesurée par un dispositif interférométrique, ce qui permet d’évaluer l’accélération de la pesanteur avec une incertitude un milliard de fois plus faible que la valeur de 9,80 m/s 2. Les deux parties de l’instrument – la tête de senseur et le dispositif de contrôle électronique – ont été développées pour être facilement transportables, pour s’accommoder des conditions du terrain (vibrations...), et pour être facilement mises en œuvre grâce à un logiciel qui permet un fonctionnement entièrement automatique de l’appareil. « Une nouvelle version de l’instrument, encore plus compacte et plus robuste, est en préparation pour 2019 et va nous permettre d’attaquer le marché industriel de la géophysique », indique Bruno Desruelle, président de Muquans. Ces premiers résultats ouvrent de larges perspectives pour des applications scientifiques ou industrielles, en particulier dans le domaine de la géophysique, pour l’étude de la structure interne du globe terrestre et des ressources naturelles, pour la surveillance de réservoirs ou encore en métrologie. Contact Bruno Desruelle, président de Muquans (bruno.desruelle@muquans.com) MUQUANS Le premier gravimètre quantique commercial, compact et transportable, a été utilisé lors d’une série de campagnes de mesures de plusieurs jours par une équipe de géophysiciens. L’instrument, qui a ainsi démontré sa capacité à conjuguer hautes performances et fiabilité, est commercialisé par la start-up Muquans, fondée en association avec des chercheurs du CNRS, de l’Institut d’optique Graduate School et de l’Observatoire de Paris. (a) Laboratoire Géosciences (CNRS/Université de Montpellier/Université Antilles) (b) Laboratoire Géosciences environnement Toulouse (CNRS/Université Paul Sabatier/IRD/CNES) (c) V. Ménoret et al., «Gravity measurements below 10 −9 g with a transportable absolute quantum gravimeter», Nature Scientific Reports, 8 (2018) 12300. (d) Philippe Bouyer, directeur du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (CNRS/Institut d’optique graduate school/Université de Bordeaux) et Arnaud Landragin, directeur du laboratoire Systèmes de Référence Temps-Espace (CNRS/Observatoire de Paris/Sorbonne Université). (e) Muquans emploie 25 personnes et commercialise également une horloge atomique, des systèmes lasers et des répéteurs optiques (utilisés pour le transfert de fréquence sur lien fibré dans le cadre du projet de réseau métrologique national Refimeve+, voir Reflets de la physique 47-48 (2016) 91-94). Reflets de la Physique n°61 11



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