Le petit interrupteur qui a presque fait les choses en grand

En janvier 2015, alors qu'ils creusaient les fondations de ce qui deviendra un jour le centre de recherche sur les nanotechnologies du MIT, des ouvriers du bâtiment ont mis au jour un mystérieux tube de verre. C'était une capsule temporelle qui avait été enterrée en 1957 avec des instructions selon lesquelles elle devait rester scellée pendant 1 000 ans. La capsule est restée fermée, mais les archives du musée du MIT ont révélé son contenu : des souvenirs, des documents détaillant l'état du MIT dans les années 1950, un conteneur de pénicilline synthétique et un minuscule interrupteur - la genèse souvent oubliée d'un composant crucial pour la recherche moderne sur l'informatique quantique. Dévoilé au laboratoire Lincoln du MIT plus tôt cette année-là, le commutateur - mieux connu sous le nom de cryotron - était considéré comme une nouvelle technologie prometteuse qui pourrait être la clé pour réduire les ordinateurs géants de l'époque de la guerre froide à une fraction de leur taille.

Le cryotron a été conçu par Dudley Allen Buck, SM '52, ScD '58. Chef scout et conseiller jeunesse méthodiste, Buck est entré au MIT en 1950 après avoir passé deux ans dans l'unité de cryptographie de la Marine. Il a commencé son mandat au MIT en tant qu'assistant de recherche sur le projet Whirlwind , qui développait un ordinateur numérique à grande vitesse massif dont la conception est finalement devenue l'épine dorsale du système de défense aérienne américain. Whirlwind était énorme, à la fois au sens figuré et au sens propre. Occupant 2 500 pieds carrés d'espace dans le bâtiment Barta du MIT (maintenant le bâtiment N42), il a été construit avant que le transistor ne soit largement diffusé; il effectuait initialement des calculs à l'aide de milliers de tubes à vide disposés dans des circuits compliqués.

Même avant d'obtenir sa maîtrise en 1952, Buck a commencé à réfléchir à des moyens de fabriquer des commutateurs logiques plus petits et plus rapides qui n'utilisaient pas de tubes à vide. Il voulait créer des circuits si puissants que, comme il l'a dit plus tard, un ordinateur numérique à grande échelle peut occuper un pied cube. En décembre 1953, Buck avait un plan pour construire un meilleur interrupteur. Alors que les tubes à vide dépendent de la chaleur pour faire circuler les électrons, il a imaginé un interrupteur fabriqué à partir de matériaux capables de conduire le courant sans résistance électrique lorsqu'ils sont refroidis à des températures extrêmement basses. Ces supraconducteurs, a-t-il théorisé, pourraient être aussi fins que deux fils simples et permettraient de construire des ordinateurs tout aussi puissants que Whirlwind - et beaucoup plus économes en énergie - sans utiliser de tubes encombrants.

Buck a passé les deux années suivantes au Lincoln Lab du MIT à construire des prototypes de son interrupteur. Il a finalement opté pour une conception facile à fabriquer qui utilisait deux métaux supraconducteurs : un fil droit d'un pouce de long en tantale avec un deuxième fil en niobium enroulé autour de lui. À ou en dessous de 4,2 K - une température qu'il a obtenue en trempant les deux fils dans de l'hélium liquide - le tantale a conduit le courant sans résistance. Mais le pompage du courant à travers le niobium enroulé a généré un champ magnétique qui a amené le fil de tantale à adopter un état normal plutôt que supraconducteur, de sorte que les chercheurs ont pu allumer ou éteindre l'interrupteur en utilisant uniquement des signaux électriques. En soi, un seul cryotron avait une puissance limitée, mais une collection de commutateurs si petits que 100 s'intégreraient dans un dé à coudre pourrait offrir la même puissance de traitement que des tubes à vide qui étaient des ordres de grandeur plus grands. Buck a imaginé des ordinateurs cryotron, chacun avec un réfrigérateur personnalisé appelé cryostat qui pourrait garder les interrupteurs suffisamment froids pour fonctionner.

Buck a déposé un brevet pour son élément de déclenchement à commande magnétique en 1955 et a publié peu de temps après des informations sur son travail au public, admettant que la technologie était beaucoup plus lente que les tubes à vide et les transistors et que la fiabilité des circuits cryotron n'est pas connue. Malgré ces problèmes, les recherches de Buck ont ​​attiré l'attention du secteur privé et de la communauté scientifique. Financé par la NSA, il a travaillé à rendre le cryotron encore plus petit, expérimentant l'impression de la technologie sur des couches minces. Pendant ce temps, les ingénieurs d'A. D. Little, RCA, IBM et GE ont tous lancé des programmes de recherche sur les cryotrons.

En 1959, Buck avait reçu un prix de l'Institute of Radio Engineers, obtenu son doctorat en sciences et rejoint à la fois la faculté du MIT et le conseil consultatif scientifique de la NSA. Mais en mai 1959, moins d'un mois après son 32e anniversaire, il meurt d'une soudaine maladie respiratoire. Dudley n'était pas ambitieux pour lui-même, se souvient l'un de ses étudiants, Charles Crawford '59, SM '60, ScD '62. Il était ambitieux pour la race humaine.

L'intérêt pour la technologie cryotron s'est estompé au milieu des années 1960, lorsque les puces en silicium, qui étaient moins chères et n'avaient pas besoin de réfrigération, sont devenues la norme pour les commutateurs logiques des ordinateurs numériques. Mais les recherches sur les matériaux supraconducteurs qui ont commencé avec Buck se poursuivent aujourd'hui. La jonction Josephson, une version modifiée du cryotron introduite dans les années 1960, reste un pilier de la recherche en informatique quantique.

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