Electronique

Supraconductrice

L’ « électronique supraconductrice » est un terme très large, qui recouvre des applications très variées :

• Les magnétomètres à squid. Ces appareils permettent les mesures les plus précises de champ magnétique.
• les limiteurs de courants. Des circuits supraconducteurs peuvent être fabriqués de façon à protéger efficacement une installation quelconque (usine, centrale électrique, etc.) d’accidents d’alimentation (sur-tension, cour-circuit). Ces limiteurs ont un temps de réaction très rapide, assurant une protection optimale de l’installation, et se réenclenchent automatiquement à la fin de l’accident.
• des filtres électroniques. Un filtre est un circuit électronique qui sélectionne certaines fréquences et bloque toutes les autres. C’est ce genre de circuit qui est utilisé dans un poste de radio par exemple, afin de sélectionner la station que l’on veut écouter ; le poste de radio reçoit le signal de toutes les stations, et le filtre ne laisse passer que la fréquence de la station sélectionnée. Les filtres sont des composants très courants dans les circuits électroniques. Ils ne sont néanmoins jamais parfaits ; ils laissent toujours passer une petite partie des signaux non sélectionnés, surtout si ces derniers utilisent une fréquence qui n’est pas très différente de la fréquence sélectionnée. C’est la cause des situations très désagréables où une radio capte deux stations en même temps, le filtre n’arrivant pas à différencier suffisamment les deux signaux.

Avec l’essor des télécommunications ces dernières années, des filtres les plus efficaces possibles sont nécessaires. Or la résistance électrique des matériaux utilisés pour fabriquer ces circuits est une limite à la qualité des filtres : utiliser des supraconducteurs est donc la solution pour franchir cette limite. Il faut cependant noter que la résistance des supraconducteurs n’est pas tout à fait nulle quand on veut fabriquer un filtre. En fait, la résistance électrique d’un supraconducteur n’est rigoureusement nulle que si un courant constant est utilisé.

Pour une application de télécommunication, des courants alternatifs sont utilisés, c’est-à-dire des courants (ou des tensions) qui oscillent très rapidement (aux alentours de 1 GHz pour les téléphones portables par exemple, soit un milliard d’oscillations par seconde). Quand le courant oscille si rapidement, le supraconducteur va présenter une très légère résistance électrique ; cette dernière reste toutefois très petite devant la résistance des métaux habituellement utilisés dans les circuits électroniques standards. Ainsi les filtres réalisés avec des matériaux supraconducteurs sont plus performants que les filtres standards. Utilisés dans les antennes relais de téléphones portables, ils permettent de capter un signal à des distances plus éloignées de l’antenne, et augmentent ainsi la distance couverte par l’antenne.

Plusieurs milliers d’antennes relais utilisent des filtres supraconducteurs aux États-Unis, et une joint-venture s’est créée avec une entreprise chinoise pour étudier la possibilité de développer cette technologie dans ce pays. Ces filtres pourraient également être utilisés dans des satellites de télécommunications.

Photo représentant deux filtres, l'un à 10 pôles, l'autre à 14 pôles pour l'UMTS (fréquence centrale = 1975 MHz, largeur = 10MHz). À droite la réponse du filtre à 14 pôles : les fréquences non sélectionnées sont atténuées par un facteur dix milliards. Les deux caractéristiques essentielles de ce dispositif sont sa faible perte d'insertion et l'absence d'éléments de réglage : le filtre marche du premier coup !
Crédits : THALES & IRCOM - ANR "SUPRACOM"

L’électronique RSFQ (« Rapid Single Flux Quantum », où électronique rapide de flux quantique unique), est en cours de développement.

C’est une électronique binaire, qui utilise des 0 et des 1 (par opposition à l’électronique quantique), mais qui n’utilise pas le transistor au silicium comme élément de base. À la place du transistor, l’électronique RSFQ utilise des jonctions Josephson pour manipuler des quantums de flux magnétique. Les quantums de flux sont utilisés pour coder les bits (0 ou 1). L’avantage de cette technique est que les jonctions Josephson permettent des vitesses d’utilisation très rapides, jusqu’à 100 GHz, et que ces circuits dissipent beaucoup moins que les circuits standards. L’électronique RSFQ représente potentiellement un bond considérable pour l’électronique, mais outre les basses températures, elle nécessite également un changement radical de technologie, ce qui est un frein important à son passage à une offre commerciale.

Les circuits supraconducteurs ont été utilisés pour réaliser en laboratoire un qbit, c’est-à-dire la brique élémentaire d’un « ordinateur quantique ». Un ordinateur quantique est un ordinateur qui n’existe pour l’instant que sur le papier ; il utiliserait des « bits quantiques », qui autorisent une logique différente de la logique binaire (0 ou 1) de nos bits en silicium. De tels ordinateurs permettraient des calculs massivement parallèles, bien plus rapides. Il faut néanmoins pour cela réussir à fabriquer un circuit contenant de nombreux qbits connectés les uns aux autres sans qu’ils perdent leur propriétés quantiques.