SupraconductivitéLa supraconductivité, ou supraconduction, est un phénomène physique caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique — l'effet Meissner — à l'intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs. La supraconductivité découverte historiquement en premier, et que l'on nomme communément supraconductivité conventionnelle, se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu (). La supraconductivité permet notamment de transporter de l'électricité sans perte d'énergie.
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.
Superconducting wireSuperconducting wires are electrical wires made of superconductive material. When cooled below their transition temperatures, they have zero electrical resistance. Most commonly, conventional superconductors such as niobium–titanium are used, but high-temperature superconductors such as YBCO are entering the market. Superconducting wire's advantages over copper or aluminum include higher maximum current densities and zero power dissipation.
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.
Superconducting magnetA superconducting magnet is an electromagnet made from coils of superconducting wire. They must be cooled to cryogenic temperatures during operation. In its superconducting state the wire has no electrical resistance and therefore can conduct much larger electric currents than ordinary wire, creating intense magnetic fields. Superconducting magnets can produce stronger magnetic fields than all but the strongest non-superconducting electromagnets, and large superconducting magnets can be cheaper to operate because no energy is dissipated as heat in the windings.
Unconventional superconductorUnconventional superconductors are materials that display superconductivity which does not conform to conventional BCS theory or its extensions. The superconducting properties of CeCu2Si2, a type of heavy fermion material, were reported in 1979 by Frank Steglich. For a long time it was believed that CeCu2Si2 was a singlet d-wave superconductor, but since the mid 2010s, this notion has been strongly contested. In the early eighties, many more unconventional, heavy fermion superconductors were discovered, including UBe13, UPt3 and URu2Si2.
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.
Technological applications of superconductivityTechnological applications of superconductivity include: the production of sensitive magnetometers based on SQUIDs (superconducting quantum interference devices) fast digital circuits (including those based on Josephson junctions and rapid single flux quantum technology), powerful superconducting electromagnets used in maglev trains, magnetic resonance imaging (MRI) and nuclear magnetic resonance (NMR) machines, magnetic confinement fusion reactors (e.g.
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).
Quantum vortexIn physics, a quantum vortex represents a quantized flux circulation of some physical quantity. In most cases, quantum vortices are a type of topological defect exhibited in superfluids and superconductors. The existence of quantum vortices was first predicted by Lars Onsager in 1949 in connection with superfluid helium. Onsager reasoned that quantisation of vorticity is a direct consequence of the existence of a superfluid order parameter as a spatially continuous wavefunction.
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.
Cryptographie quantiqueLa cryptographie quantique consiste à utiliser les propriétés de la physique quantique pour établir des protocoles de cryptographie qui permettent d'atteindre des niveaux de sécurité qui sont prouvés ou conjecturés non atteignables en utilisant uniquement des phénomènes classiques (c'est-à-dire non-quantiques). Un exemple important de cryptographie quantique est la distribution quantique de clés, qui permet de distribuer une clé de chiffrement secrète entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant la sécurité de la transmission grâce aux lois de la physique quantique et de la théorie de l'information.
Supraconducteur à haute températureUn supraconducteur à haute température (en anglais, high-temperature superconductor : high- ou HTSC) est un matériau présentant une température critique de supraconductivité relativement élevée par rapport aux supraconducteurs conventionnels, c'est-à-dire en général à des températures supérieures à soit . Ce terme désigne en général la famille des matériaux de type cuprate, dont la supraconductivité existe jusqu'à . Mais d'autres familles de supraconducteurs, comme les supraconducteurs à base de fer découverts en 2008, peuvent aussi être désignées par ce même terme.
FluxonUn fluxon est, en physique, une quasi-particule décrivant un quantum de flux électromagnétique. Les fluxons sont similaires aux mésons du point de vue de leurs propriétés. Les fluxons existent sous deux états : les fluxons électriques et les fluxons magnétiques. Les fluxons électriques possèdent un spin +1⁄2 et les fluxons magnétiques ont un spin -1⁄2. Les fluxons exercent sur leur environnement une force dépendante de leur spin qui peut être déterminée par les lois de Coulomb et de Biot-Savart.
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.
Rapid single flux quantumIn electronics, rapid single flux quantum (RSFQ) is a digital electronic device that uses superconducting devices, namely Josephson junctions, to process digital signals. In RSFQ logic, information is stored in the form of magnetic flux quanta and transferred in the form of Single Flux Quantum (SFQ) voltage pulses. RSFQ is one family of superconducting or SFQ logic. Others include Reciprocal Quantum Logic (RQL), ERSFQ – energy-efficient RSFQ version that does not use bias resistors, etc.
Quantum programmingQuantum programming is the process of designing or assembling sequences of instructions, called quantum circuits, using gates, switches, and operators to manipulate a quantum system for a desired outcome or results of a given experiment. Quantum circuit algorithms can be implemented on integrated circuits, conducted with instrumentation, or written in a programming language for use with a quantum computer or a quantum processor. With quantum processor based systems, quantum programming languages help express quantum algorithms using high-level constructs.
Macroscopic quantum phenomenaMacroscopic quantum phenomena are processes showing quantum behavior at the macroscopic scale, rather than at the atomic scale where quantum effects are prevalent. The best-known examples of macroscopic quantum phenomena are superfluidity and superconductivity; other examples include the quantum Hall effect and topological order. Since 2000 there has been extensive experimental work on quantum gases, particularly Bose–Einstein condensates. Between 1996 and 2016 six Nobel Prizes were given for work related to macroscopic quantum phenomena.
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.
Théorie BCSLa théorie BCS est une théorie de la supraconductivité qui fut proposée en 1957 par John Bardeen, Leon Neil Cooper, et John Robert Schrieffer. Elle explique la supraconductivité par la formation de paires d'électrons (paires de Cooper) sous l'effet d'une interaction attractive entre électrons résultant de l'échange de phonons. Pour leur travail, ces auteurs obtinrent le prix Nobel de physique en 1972. Il est possible de comprendre l'origine de l'attraction entre les électrons grâce à un argument qualitatif simple.
