Les chercheurs de Qutech à Delft ont combiné les supraconducteurs et les points quantiques pour observer et manipuler les états dits de majorana, qui ont des propriétés qui pourraient permettre un calcul quantique stable. En construisant une chaîne de trois points quantiques couplés dans un gaz électronique bidimensionnel, ils ont pu démontrer les propriétés des majoss qui sont essentielles pour l'étude des bits quantiques à base de majorana.
Les résultats sont publiés dans Nature.
L'un des problèmes clés de l'informatique quantique reste l'instabilité inhérente des bits quantiques. Dans la quête d'ordinateurs quantiques tolérants aux pannes, les bits quantiques topologiques devraient être nettement moins sujets aux erreurs. La clé de ces qubits est les quasiparticules appelées états liés à Majorana, qui devraient apparaître sur les bords opposés des systèmes supraconduants unidimensionnels.
L'auteur principal, Srijit Goswami, a déclaré: « Pendant des années, cette recherche d'états de majorana liés s'est concentré sur des dispositifs hybrides à semi-conducteurs unidimensionnels étendus.
Chaînes Kitaev avec trois atomes artificiels
Pour créer un système de modèles hautement contrôlé, l'équipe de Delft est revenue au modèle de base Kitaev qui prédit les majoss en 2000. Ils ont créé un système « bloc par bloc » dans une chaîne d'atomes artificiels, appelés points quantiques (QD). Cette technique leur a permis d'ingérer les états liés à Majorana d'une manière systématique et déterministe.
Au cours des dernières années, grâce à un fort effort combiné de théoriciens et d'équipes expérimentales travaillant sur différentes plates-formes matérielles, la recherche chez QUTECH a considérablement avancé la compréhension de ces chaînes Kitaev. En commençant par l'étude des chaînes à deux sites dans les nanofils et des gaz électroniques bidimensionnels (2degs), il est devenu possible d'étendre ces chaînes et de comprendre comment les propriétés des majoss évoluent.
Complétant des travaux récents sur les chaînes de trois sites dans les nanofils, ces travaux montrent comment 2DEG peuvent être utilisés pour créer, manipuler, manipuler et sonder les majoras.
Le premier auteur BAS Ten Haaf dit: « En réglant soigneusement la façon dont les points quantiques interagissent, nous avons clairement observé que les majoss émergent simultanément à gauche et sur le côté droit du système, et non au milieu. »
La stabilité des qubits topologiques repose sur la présence d'un «GAP en vrac», séparant physiquement les deux états liés à Majorana et les empêchant de s'anniher. Dans le système modèle de l'équipe Delft, le point quantique moyen agit comme un GAP en vrac accordable qui peut être sélectivement présent ou supprimé.
« Lorsque nous supprimons cet écart, les états liés à Majorana sur les points quantiques externes ne sont plus stables, exactement comme l'avait prédit Kitaev », explique Ten Haaf. « Le modèle Kitaev est très simplifié. C'est un modèle de jouet. J'ai été surpris de voir à quel point nos observations étaient en accord avec elle. »
Bien que les signatures des états liés à Majorana aient été signalées auparavant, il s'agit du premier travail à utiliser un système de modèle minimal pour sonder simultanément ce qui se passe à gauche, au milieu et au côté droit.
Déplacer les majos
Les auteurs ont également exploité leur contrôle sur le système pour montrer que l'emplacement des Majoranes pourrait être déplacé d'un QD à un autre. Cette capacité à déplacer les majoss est importante pour l'informatique quantique topologique. Dans cette technologie depuis longtemps recherchée, les positions des Majoranes sont échangées pour créer des modèles de tressage complexes qui codent les informations d'une manière robuste contre les erreurs aléatoires.
L'équipe de Delft prévoit d'ajouter plus de points quantiques afin qu'ils puissent réellement échanger les positions de deux majos. « Une forme en T composée de six points quantiques nous permettra de tester les opérations de tressage et de créer un qubit de base », explique Goswami. « Ce ne sera pas le meilleur qubit, mais permettra des études sur les propriétés fondamentales des maj celles. »
Goswami conclut: « Qu'est-ce qui me fascine beaucoup plus que de construire un ordinateur quantique avec nos points quantiques, consiste à découvrir comment ces maj celles fonctionnent et ce que nous pouvons faire avec eux. Comment interagissent-ils? Comment associent-ils? Ce sont les choses que nous essayons de découvrir. »
