{"id":59147,"date":"2024-02-17T16:45:47","date_gmt":"2024-02-17T16:45:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/tchad\/politique\/la-revolution-quantique-sattaque-aux-batteries"},"modified":"2024-02-17T18:19:27","modified_gmt":"2024-02-17T18:19:27","slug":"la-revolution-quantique-sattaque-aux-batteries","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/tchad\/toutes-les-actualites\/la-revolution-quantique-sattaque-aux-batteries","title":{"rendered":"La r\u00e9volution quantique s’attaque aux batteries"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – Tchad. <\/strong><\/span>Apre\u0300s l’ordinateur quantique, les capteurs, la cryptographie, les batteries pourraient bien constituer une nouvelle dimension de la re\u0301volution quantique. Le concept est encore balbutiant, mais plusieurs laboratoires, en Australie, en Core\u0301e du Sud, en Italie, s’y inte\u0301ressent. Ils partent du constat que les performances des batteries classiques, e\u0301lectrochimiques, sont condamne\u0301es a\u0300 plafonner. Cette technologie vieille de deux sie\u0300cles repose sur le transfert d’ions et d’e\u0301lectrons entre deux e\u0301lectrodes, a\u0300 l’aide de re\u0301actions chimiques. La vitesse de charge de\u0301pend de la cine\u0301tique des re\u0301actions et du de\u0301placement des ions dans l’e\u0301lectrolyte, autant de facteurs limitants qu’il est possible d’optimiser, mais pas inde\u0301finiment. Il y aura toujours un temps de charge incompressible.<\/p>\n

La batterie quantique fait table rase de tout cela: plus d’ions, plus d’e\u0301lectrons, plus d’e\u0301lectrolyte. On n’y trouve que des particules capables d’absorber de l’e\u0301nergie fournie sous la forme de photons, pour la restituer ensuite. Le concept a e\u0301merge\u0301 en avril 2013 dans la revue Physical Review E, sous la plume des physiciens Robert Alicki de l’Universite\u0301 de Gdansk (Pologne) et Mark Fannes de l’Universite\u0301 catholique de Louvain (Belgique). Ils re\u0301digent alors un article traitant de la thermodynamique, cette branche de la physique qui de\u0301crit les transferts d’e\u0301nergies, applique\u0301e a\u0300 la physique quantique. Tout un programme !<\/p>\n

Car la thermodynamique conside\u0300re les atomes et mole\u0301cules comme un tout, en \u00ab\u00a0moyenne\u00a0\u00bb. Ainsi, elle peut de\u0301crire le comportement d’un gaz sans rien dire du destin d’une seule mole\u0301cule de ce gaz. L’ide\u0301e des chercheurs est de voir comment elle se transpose a\u0300 la physique quantique qui, elle, s’applique aux particules individuelles. \u00ab\u00a0J’ai e\u0301crit pour la premie\u0300re fois sur la thermodynamique des syste\u0300mes quantiques microscopiques en 1979, se souvient Robert Alicki. Mais ce the\u0300me s’est popularise\u0301 a\u0300 mesure que le contro\u0302le des syste\u0300mes microscopiques est devenu re\u0301alite\u0301, et que diverses applications de la technologie quantique, tels les ordinateurs quantiques et les moteurs quantiques, ont e\u0301te\u0301 e\u0301tudie\u0301es a\u0300 la fois the\u0301oriquement et expe\u0301rimentalement. Dans notre article de 2013, nous avons de\u0301montre\u0301 que si l’on veut extraire du travail a\u0300 partir d’un ensemble d’atomes, il est plus efficace d’agir sur tous les atomes en me\u0302me temps que sur chaque atome se\u0301pare\u0301ment. Il e\u0301tait pluto\u0302t abstrait, de l’ordre de la physique mathe\u0301matique. Mais il a attire\u0301 l’attention de la communaute\u0301 et est cite\u0301 comme pionnier.\u00a0\u00bb<\/p>\n

Plus il y a de particules, plus la batterie se charge vite<\/b><\/p>\n

L’article est fondamental pour cette de\u0301couverte: l’importance du collectif sur l’individuel sito\u0302t que l’on tente de faire de la thermodynamique avec la physique quantique. En 2018, le physicien italien Marco Polini (aujourd’hui a\u0300 l’Universite\u0301 de Pise) et son e\u0301quipe transposent les concepts abstraits de Robert Alicki aux batteries dans un article paru dans Physical Review Letters. C’est le ve\u0301ritable acte de naissance des batteries quantiques.<\/p>\n

Marco Polini y propose notamment d’utiliser la \u00ab\u00a0super-radiance\u00a0\u00bb, the\u0301orise\u0301e par le physicien ame\u0301ricain Robert Dicke en 1954, comme effet collectif. Elle est e\u0301tudie\u0301e, ainsi que son effet contraire, la super-absorption, par Carlo Sirtori, professeur au Laboratoire de physique de l’E\u0301cole normale supe\u0301rieure de Paris. \u00ab\u00a0Imaginez une particule comme un e\u0301lectron, capable d’absorber un photon en un temps t. Si vous fabriquez un dispositif contenant N e\u0301lectrons, le temps d’absorption du dispositif est divise\u0301 par N. C’est la super-absorption. \u00a0\u00bb<\/p>\n

Le plus e\u0301tonnant, c’est que le syste\u0300me de N e\u0301lectrons se comporte comme si un seul d’entre eux e\u0301tait capable d'\u00a0\u00bbavaler\u00a0\u00bb le photon en un temps t\/N. \u00ab\u00a0Cela vient de la physique quantique, qui est en quelque sorte une de\u0301mocratie exemplaire, s’amuse Carlo Sirtori. Tous les e\u0301lectrons sont parfaitement identiques, et vous ne pouvez pas en distinguer un parmi les autres. Donc, si vous voulez en exciter un seul, comme vous ne pouvez pas savoir lequel, il sera excite\u0301 avec une probabilite\u0301 N fois plus importante. C’est ce qui fait que l’ensemble re\u0301pond avec une plus grande rapidite\u0301. \u00a0\u00bb On notera au passage que plus il y a de particules, donc plus la batterie est importante, et plus elle se recharge rapidement, contrairement a\u0300 son homologue classique.<\/p>\n

Le concept de batterie quantique de\u0301bouche d’ores et de\u0301ja\u0300 sur \u00ab\u00a0des tentatives expe\u0301rimentales inte\u0301ressantes \u00ab\u00a0, observe Robert Alicki. Le physicien polonais songe notamment aux travaux de James Quach et ses colle\u0300gues de l’Universite\u0301 d’Ade\u0301lai\u0308de (Australie), en collaboration avec l’Institut polytechnique de Milan (Italie). Ils ont e\u0301te\u0301 publie\u0301s dans la revue Science Advanced en janvier 2022. Il s’agit d’un dispositif se composant de mole\u0301cules toutes identiques d’un colorant organique semi-conducteur, le Lumogen F Orange. Lorsqu’elles sont expose\u0301es a\u0300 une lumie\u0300re d’une longueur d’onde pre\u0301cise, les mole\u0301cules passent d’un e\u0301tat de basse e\u0301nergie a\u0300 un e\u0301tat excite\u0301 de haute e\u0301nergie. Ce qui correspond a\u0300 une charge, si l’on envisage cela comme une batterie. \u00ab\u00a0Le nombre de mole\u0301cules implique\u0301es dans notre dispositif est de 1021, explique James Quach. Nous avons ve\u0301rifie\u0301 que la vitesse d’absorption des photons par l’ensemble des mole\u0301cules est tre\u0300s supe\u0301rieure a\u0300 la vitesse d’absorption d’une seule mole\u0301cule, uniquement en jouant sur l’effet de super-absorption. \u00a0\u00bb Il faudra toutefois multiplier par au moins un milliard le nombre de mole\u0301cules pour obtenir une puissance inte\u0301ressante.<\/p>\n

Pour y parvenir, il est impe\u0301ratif de minimiser la de\u0301cohe\u0301rence, c’est-a\u0300-dire d’isoler autant que possible les mole\u0301cules de leur environnement afin qu’elles conservent leurs proprie\u0301te\u0301s quantiques. \u00ab\u00a0C’est la principale difficulte\u0301 de notre expe\u0301rience, sur laquelle nous travaillons actuellement \u00ab\u00a0, confie James Quach. Mais ce n’est pas la seule.<\/p>\n

Bien que le dispositif absorbe effectivement la lumie\u0300re, il ne la stocke pas: elle est re\u0301e\u0301mise tout aussi rapidement par super-radiance. L’e\u0301quipe cherche donc un moyen de contro\u0302ler cette libe\u0301ration d’e\u0301nergie. Enfin, une autre difficulte\u0301 est souligne\u0301e par Robert Alicki. \u00ab\u00a0L’effet de super-absorption ou de super-radiance ne s’observe que sur des dispositifs de petites tailles, comparables a\u0300 la longueur d’onde du photon absorbe\u0301. En pratique, cela limite la dimension des batteries quantiques qui ne pourront e\u0301quiper que des dispositifs e\u0301lectroniques miniaturise\u0301s, tels que des capteurs ou des nanorobots. \u00a0\u00bb<\/p>\n

Des prototypes de batteries espe\u0301re\u0301s d’ici a\u0300 cinq ans<\/b><\/p>\n

Effectivement, il n’est pas question pour l’instant de fabriquer des batteries de voiture par exemple. Ne\u0301anmoins, James Quach et son e\u0301quipe sont un peu plus optimistes que Robert Alicki. Ils misent sur un prototype capable d’alimenter des objets connecte\u0301s: des montres, des te\u0301le\u0301phones portables. Le fait d’utiliser des photons pourrait aussi les amener a\u0300 coupler ces batteries a\u0300 des panneaux solaires pour en ame\u0301liorer conside\u0301rablement l’efficacite\u0301.<\/p>\n

Pour le physicien Carlo Sirtori, la recherche autour de ce the\u0300me est de toute fac\u0327on une bonne nouvelle. \u00ab\u00a0Je suis heureux de voir e\u0301merger d’autres applications que l’ordinateur quantique. Il est tre\u0300s inte\u0301ressant, mais les batteries concernent le stockage de l’e\u0301nergie, un enjeu majeur de la transition e\u0301nerge\u0301tique. Cela peut susciter l’enthousiasme des financiers et des responsables politiques. C’est une tre\u0300s bonne chose pour tout le secteur des applications de la physique quantique. \u00a0\u00bb<\/p>\n

Sans compter que la recherche en vogue sur l’ordinateur quantique devrait be\u0301ne\u0301ficier aux batteries. En effet, l’informatique quantique repose sur les qubits, des dispositifs pouvant se trouver sous deux e\u0301tats diffe\u0301rents, \u00ab\u00a01\u00a0\u00bb ou\/et \u00ab\u00a00\u00a0\u00bb. Ces e\u0301tats peuvent correspondre a\u0300 deux niveaux d’e\u0301nergie diffe\u0301rents. C’est le cas des ions pie\u0301ge\u0301s ou bien des circuits supraconducteurs qui miment un atome, la voie suivie par IBM et Google par exemple. Un assemblage de ces qubits constitue de facto une batterie qui est charge\u0301e lorsque tous les qubits sont a\u0300 l’e\u0301tat \u00ab\u00a01\u00a0\u00bb et de\u0301charge\u0301e a\u0300 l’e\u0301tat \u00ab\u00a00\u00a0\u00bb.<\/p>\n

En avril 2022, une e\u0301tude re\u0301alise\u0301e par des chercheurs d’IBM et parue dans la revue Batteries a ainsi e\u0301value\u0301 l’efficacite\u0301 d’un qubit en matie\u0300re de stockage d’e\u0301nergie et de temps de charge. Les auteurs ont montre\u0301 qu’il est possible d’obtenir un excellent stockage d’e\u0301nergie (supe\u0301rieur a\u0300 95 %) dans un de\u0301lai remarquablement court (moins de 135 nanosecondes). Mieux encore, ils ont constate\u0301 que les erreurs d’initialisation des qubits, qui diminuent les performances des ordinateurs quantiques, constituent au contraire un facteur ame\u0301liorant encore la performance des batteries quantiques. Encourageant.<\/p>\n

James Quach, tout en reconnaissant que cette technologie est encore \u00ab\u00a0dans l’enfance\u00a0\u00bb, espe\u0300re obtenir des prototypes de batteries d’ici a\u0300 cinq ans. Une e\u0301chelle de temps du me\u0302me ordre que la start-up italienne Planckian lance\u0301e en 2023, e\u0301galement pour mettre au point des prototypes de batteries (lire l’interview ci-dessous). Et s’il n’est pas encore envisageable de doter a\u0300 moyen terme les ve\u0301hicules de batteries quantiques, au moins existe-t-il de\u0301sormais un espoir de remiser un jour les batteries e\u0301lectrochimiques au muse\u0301e.<\/p>\n

Trois questions a\u0300 Marco Polini, directeur scientifique et cofondateur de Planckian*<\/b>
\nSciences et Avenir:<\/b> A\u0300 quoi ressemblera votre batterie quantique ?<\/b><\/p>\n

Marco Polini: L’architecture ressemblera a\u0300 celle d’un ordinateur quantique. C’est un ensemble de qubits a\u0300 deux niveaux d’e\u0301nergie enferme\u0301s dans une cavite\u0301. Nous pouvons utiliser tout type de qubits: les atomes froids, les atomes de Rydberg… Mais puisque nous venons de la physique des mate\u0301riaux, nous, fondateurs de Planckian [avec Vittorio Giovannetti, Michele Dallari], sommes plus a\u0300 l’aise avec les qubits du type \u00ab\u00a0circuits supraconducteurs\u00a0\u00bb, comme ceux d’IBM ou de Google.<\/p>\n

Justement, IBM a annonce\u0301 le 4 de\u0301cembre 2023 la mise au point d’un microprocesseur de 1121 qubits. Qu’attendez-vous pour en faire une batterie ?<\/b><\/p>\n

Si l’architecture se ressemble, la proble\u0301matique est diffe\u0301rente. Pour faire du calcul quantique et re\u0301aliser des ope\u0301rations logiques, il faut contro\u0302ler parfaitement chaque qubit. Une batterie re\u0301clame de mai\u0302triser l’ensemble des qubits en me\u0302me temps afin d’obtenir l’effet de super-absorption ou de super-radiance. Si vous imaginez les qubits comme des pendules, nous devons e\u0302tre certains qu’ils sont tous parfaitement synchronise\u0301s.<\/p>\n

E\u0302tes-vous optimiste quant a\u0300 la mise au point rapide de batteries quantiques ?<\/b><\/p>\n

Notre objectif a\u0300 court terme est de parvenir a\u0300 la preuve de concept du contro\u0302le simultane\u0301 de quelques qubits. Ensuite, nous combinerons ce volet purement quantique avec le volet e\u0301nerge\u0301tique afin de convertir l’e\u0301nergie des qubits en e\u0301lectricite\u0301. Cela nous prendra sans doute quelques anne\u0301es, car notre projet est davantage de l’ordre de la recherche que de l’industrie. Nous sommes en pleine phase exploratoire !<\/p>\n

* Issue d’une collaboration entre l’universite\u0301 et l’E\u0301cole normale supe\u0301rieure de Pise, la start-up italienne a re\u0301colte\u0301 2,7 millions d’euros en 2023 afin de de\u0301velopper des batteries quantiques.<\/p>\n

Pour plus d’informations et d’analyses sur la Tchad<\/a>, suivez Africa-Press<\/a><\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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