Résumé
La première leçon a commencé par la discussion des limites physiques des machines à traiter l’information. On sait que le problème de l’efficacité des machines thermique a débouché, à la suite des travaux pionniers de Sadi Carnot, sur l’élaboration de la thermodynamique. Suivant la phrase provocatrice de Charlie Bennett, un ordinateur est une machine qui « convertit l’énergie libre en travail mathématique et en chaleur perdue ». Mais alors combien d’énergie est nécessaire pour une opération de calcul élémentaire ? Quelle est sa durée minimale ? Landauer et Bennett nous ont appris que le coût énergétique d’un calcul n’est déterminé en principe que par la chaleur perdue lors de l’effacement du registre de sortie de la machine, effacement qui devient nécessaire à un moment donné pour stocker de nouvelles données dans le registre. C’est d’ailleurs ce principe du coût d’effacement de la mémoire qui résout le paradoxe du Démon de Maxwell. On arrive ainsi aux circuits supraconducteurs, capables de traiter l’information de manière réversible, et à leur version quantique, objet du cours, dans laquelle un bit d’information est codé par un seul photon microonde. Nous avons rappelé les lois de commutations des variables collectives des circuits que sont le flux et la charge de branche, généralisations du flux magnétique à travers une boucle et de la charge électrique d’une électrode isolée. Le flux aux bornes d’un élément tunnel Josephson est une variable particulièrement subtile car elle décrit une inductance non-linéaire dont l’énergie est une fonction périodique du flux. Du fait de la bande d’énergie interdite des excitations dans la supraconductivité des électrodes de la jonction Josephson, cette inductance ne comprend aucune partie dissipative, du moins dans l’état des connaissances actuelles, lorsque la jonction est en équilibre thermodynamique à des températures très inférieures à celle associée à la bande interdite.
