Des chercheurs de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo ont mis en œuvre un algorithme génétique pour concevoir automatiquement des cristaux phononiques dotés des propriétés vibratoires souhaitées, ce qui pourrait aider à la conception de futurs ordinateurs et appareils de communication. Crédit : Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo
L’avènement des ordinateurs quantiques promet de révolutionner l’informatique en résolvant des problèmes complexes de manière exponentiellement plus rapide que les ordinateurs classiques. Cependant, les ordinateurs quantiques d’aujourd’hui sont confrontés à des défis tels que le maintien de la stabilité et le transport des informations quantiques.
Les phonons, qui sont des vibrations quantifiées dans des réseaux périodiques, offrent de nouvelles façons d’améliorer ces systèmes en améliorant les interactions entre qubits et en fournissant une conversion d’informations plus fiable. Les phonons facilitent également une meilleure communication au sein des ordinateurs quantiques, permettant leur interconnexion dans un réseau.
Les matériaux nanophononiques, qui sont des nanostructures artificielles dotées de propriétés phononiques spécifiques, seront essentiels pour les dispositifs de communication et de réseau quantiques de nouvelle génération. Cependant, la conception de cristaux phononiques présentant les caractéristiques vibratoires souhaitées aux échelles nano et micro reste un défi.
Dans une étude récemment publiée dans la revue ACS NanoDes chercheurs de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo ont prouvé expérimentalement un nouvel algorithme génétique pour la conception inverse automatique – qui génère une structure basée sur les propriétés souhaitées – de nanostructures cristallines phononiques qui permet le contrôle des ondes acoustiques dans le matériau.
« Les avancées récentes en matière d’intelligence artificielle et de conception inverse offrent la possibilité de rechercher des structures irrégulières qui présentent des propriétés uniques », explique l’auteur principal de l’étude, Michele Diego.
Les algorithmes génétiques utilisent des simulations pour évaluer de manière itérative les solutions proposées, les meilleures transmettant leurs caractéristiques, ou « gènes », à la génération suivante. Des dispositifs d’échantillons conçus et fabriqués avec cette nouvelle méthode ont été testés avec des expériences de diffusion de la lumière pour établir l’efficacité de cette approche.
L’équipe a pu mesurer les vibrations sur un « métacristal » phononique bidimensionnel, qui présentait un agencement périodique d’unités plus petites. Ils ont montré que le dispositif permettait des vibrations le long d’un axe, mais pas le long d’une direction perpendiculaire, et qu’il pouvait donc être utilisé pour la focalisation acoustique ou les guides d’ondes.
« En élargissant la recherche de structures optimisées aux formes complexes au-delà de l’intuition humaine normale, il devient possible de concevoir des dispositifs avec un contrôle précis des propriétés de propagation des ondes acoustiques de manière rapide et automatique », explique l’auteur principal Masahiro Nomura. Cette approche devrait être appliquée aux dispositifs à ondes acoustiques de surface utilisés dans les ordinateurs quantiques, les smartphones et d’autres appareils.
Plus d’information:
Adaptation de la dispersion des phonons à une métasurface nanophononique génétiquement conçue, ACS Nano (2024). DOI: 10.1021/acsnano.4c01954
Fourni par l’Université de Tokyo
Citation:Un algorithme génétique permet une conception précise de cristaux phononiques (2024, 3 juillet) récupéré le 3 juillet 2024 à partir de
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