L’UCLA observe des ondes thermiques quantiques à température ambiante

Une sonde d’or à l’échelle nanométrique était posée sur un morceau d’arséniure de bore, qu’elle chauffait tout en traçant le déplacement de l’énergie. À 80 degrés Fahrenheit (27 degrés Celsius), des physiciens de l’Université de Californie à Los Angeles ont observé que la chaleur formait des motifs distincts au lieu de se propager uniformément dans toutes les directions. L’équipe de l’UCLA décrit cette observation comme une première mondiale pour ce comportement quantique à température ambiante.

Cet effet est appelé focalisation des phonons. Les phonons sont des paquets d’énergie vibratoire qui transportent la chaleur dans un matériau non métallique. Dans l’arséniure de bore, la structure cristalline crée des entonnoirs naturels qui leur permettent de se déplacer sans entrer en collision les uns avec les autres, tandis que l’orientation atomique tridimensionnelle du matériau produit différents motifs évoquant des rayons.

Il s’agit d’une rupture nette avec la représentation habituelle du transport de la chaleur à température ambiante. Les chercheurs ont cartographié des phonons se déplaçant jusqu’à 250 nanomètres — une courte distance, mais qui constitue selon eux une preuve suffisante de la focalisation dans une expérience de ce type. Ils indiquent également que des tests en fonction de la température ont confirmé la robustesse, la reproductibilité et la résolution nanométrique de la technique.

Pour les ingénieurs, l’implication pratique est l’apparition d’une nouvelle manière de guider et de redistribuer la chaleur à l’intérieur de futurs appareils quantiques. L’accumulation thermique limite la puissance de traitement et la capacité de mise à l’échelle des systèmes informatiques, et les ordinateurs quantiques sont notamment conçus dans l’espoir de fonctionner sans conditions de température ultrabasse. Le comportement des phonons à température ambiante ne résout pas à lui seul ce défi d’ingénierie, mais il ajoute un mécanisme contrôlable pour déplacer la chaleur là où elle doit aller.

Le résultat reste une recherche en laboratoire, et non un système de refroidissement déployé ou un ordinateur quantique fonctionnant à température ambiante. Les chercheurs de l’UCLA indiquent qu’ils vont désormais travailler à transformer l’expérience en applications concrètes, tandis que leurs conclusions ont été publiées dans Nature Physics.