Un vortex magnétique devient un bit quantique express
Les vortex magnétiques dans les supraconducteurs, comme des tourbillons dans l'eau, dissipent généralement de l'énergie et disparaissent rapidement à cause du frottement interne — la dissipation. Cela entrave leur utilisation dans les puces quantiques. Mais dans un film de minuscules grains d'aluminium, le vortex se coince et devient semblable à un tourbillon dans un puits étroit — il tourne soit dans un sens, soit dans l'autre. Sa nature quantique lui permet de tourner dans les deux sens simultanément tant qu'aucune mesure n'est effectuée. Cette double vie dure des millisecondes — incroyablement long pour le monde microscopique. Les scientifiques ont appris à basculer les vortex par impulsions micro-ondes (spectroscopie) et à lire leur état sans perte. Chaque vortex porte exactement un quantum de flux magnétique — un milliardième du champ terrestre. L'idée de Alexei Kitaev d'utiliser de telles structures pour le calcul quantique insensible aux perturbations a reçu une confirmation directe.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2510.19769
Abrikosov vortices, where the superconducting gap is completely suppressed in the core, are dissipative, semi-classical entities that impact applications from high-current-density wires to superconducting quantum devices. In contrast, we present evidence that vortices trapped in granular superconducting films can behave as two-level systems, exhibiting microsecond-range quantum coherence and energy relaxation times that reach fractions of a millisecond. These findings support recent theoretical modeling of superconductors with granularity on the scale of the coherence length as tunnel junction networks, resulting in gapped vortices. Using the tools of circuit quantum electrodynamics, we perform coherent manipulation and quantum non-demolition readout of vortex states in granular aluminum microwave resonators, heralding new directions for quantum information processing, materials characterization, and sensing.
Chacun de ces vortex porte un seul quantum de flux magnétique — environ un milliardième du champ magnétique terrestre.