Qu'est-ce qu'un fil quantique?
Un fil quantique est un câble ou un fil, dont la fonction est souvent similaire à celle d'un fil de cuivre, mais constitué de nanotubes d'un élément spécifique, généralement du carbone. Les fils quantiques sont généralement des conducteurs, mais ils peuvent également être utilisés comme isolants ou semi-conducteurs. Ces fils sont parfaits pour les fonctions de câblage électrique et les aéronefs spatiaux car ils sont plus petits et plus légers que leurs homologues métalliques. Ils sont cependant coûteux à produire.
Les nanotubes sont des tubes microscopiques fabriqués par l'homme, d'un diamètre de 1 nanomètre et mesurant un milliardième de mètre. En comparaison, le diamètre d'un seul cheveu humain est mesuré en micromètres, ce qui est 1 000 fois plus grand qu'un nanomètre. Les nanotubes ne sont pas seulement utilisés pour créer du fil quantique, mais sont utilisés dans divers domaines scientifiques, y compris la recherche médicale.
Découverts en 1991, les nanotubes sont fabriqués lorsqu'un laser est tiré sur une substance pure, telle que le carbone. À l'origine, ce processus était long et de nombreux nanotubes potentiels avaient été rejetés car ils ne répondaient pas aux exigences de taille. Cependant, des chercheurs de l'Université Rice avaient mis au point un processus permettant de fabriquer des nanotubes de taille appropriée en 1996.
Les nanotubes doivent être liés ou torsadés ensemble pour former des fils quantiques, qui ont une conductivité supérieure à celle des fils de cuivre, le meilleur conducteur métallique de l'électricité. En théorie, un fil quantique a un sixième du poids d'un fil de cuivre et peut conduire l'électricité jusqu'à dix fois plus efficacement. Les fils quantiques métalliques peuvent être en nickel (Ni) ou en or (Au). Ces fils sont encore en grande partie expérimentaux, mais ils ont des applications en électronique et en optique.
Le type de fil quantique le plus excitant sur le plan scientifique, toutefois, est celui fabriqué à partir de nanotubes de carbone. En 2005, la Rice University menait des recherches approfondies sur la fabrication de fil quantique à partir de nanotubes de carbone, grâce à une subvention de 11 millions de dollars US de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis. L'Université Rice, qui devait s'achever en 2010, avait pour tâche de créer un fil quantique suffisamment long pour être utilisé dans des engins spatiaux.
Comme les câbles sont plus légers et plus efficaces, la NASA et d’autres scientifiques pensent que les câbles quantiques pourraient permettre aux engins spatiaux de voyager plus loin dans l’espace, car chaque livre supplémentaire coûte plus de carburant à un engin spatial. Les scientifiques ont du mal à produire suffisamment de nanotubes pour fabriquer de grandes longueurs de fils. Cependant, une forme très spécifique de nanotubes, appelée "fauteuil", est nécessaire pour les torsader en fils. En 2005, seuls 2% des nanotubes avaient la forme appropriée à utiliser. En 2010, toutefois, les chercheurs de la Rice University avaient réalisé des progrès considérables dans la résolution de ce problème, mais des recherches supplémentaires étaient encore nécessaires.