Image au microscope électronique à balayage de nanofils d'InP en croissance, formant ainsi de multiples jonctions. Crédit :Université de technologie d'Eindhoven
Dans La nature aujourd'hui une équipe internationale de chercheurs de l'Université de Technologie d'Eindhoven, L'Université de technologie de Delft et l'Université de Californie - Santa Barbara présentent une puce quantique avancée qui sera en mesure de fournir une preuve définitive des mystérieuses particules de Majorana. Ces particules, démontré pour la première fois en 2012, sont à la fois leur propre antiparticule. La puce, qui comprend des réseaux ultrafins de nanofils en forme de 'hashtags', a toutes les qualités pour permettre aux particules Majorana d'échanger leurs places. Cette fonctionnalité est considérée comme le pistolet fumant pour prouver leur existence et constitue une étape cruciale vers leur utilisation en tant que bloc de construction pour les futurs ordinateurs quantiques.
En 2012, ce fut une grande nouvelle :des chercheurs de l'Université de technologie de Delft et de l'Université de technologie d'Eindhoven ont présenté les premières signatures expérimentales de l'existence du fermion de Majorana. Cette particule avait été prédite en 1937 par le physicien italien Ettore Majorana et a la particularité d'être aussi sa propre antiparticule. Les particules de Majorana émergent aux extrémités d'un fil semi-conducteur, au contact d'un matériau supraconducteur.
Pistolet fumant
Alors que les particules découvertes peuvent avoir des propriétés typiques de Majoranas, la preuve la plus excitante pourrait être obtenue en permettant à deux particules de Majorana d'échanger leurs places, ou « tresse » comme on l'appelle scientifiquement. "C'est le pistolet fumant, " suggère Erik Bakkers, l'un des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven. "Le comportement que nous voyons alors pourrait être la preuve la plus concluante à ce jour de Majoranas."
Carrefour
Dans le La nature article qui est publié aujourd'hui, Bakkers et ses collègues présentent un nouveau dispositif qui devrait pouvoir montrer cet échange de Majoranas. Dans l'expérience originale en 2012, deux particules de Majorana ont été trouvées dans un seul fil, mais elles n'ont pas pu se croiser sans détruire immédiatement l'autre. Ainsi, les chercheurs ont littéralement dû créer de l'espace. Dans l'expérience présentée, ils ont formé des intersections en utilisant les mêmes types de nanofils de sorte que quatre de ces intersections forment un « hashtag », #, et ainsi créer un circuit fermé le long duquel les Majoranas peuvent se déplacer.
Image au microscope électronique à balayage de l'appareil dans laquelle clairement un « hashtag » est formé. Crédit :Université de technologie d'Eindhoven
Graver et grandir
Les chercheurs ont construit leur dispositif de hashtag en partant de zéro. Les nanofils sont développés à partir d'un substrat spécialement gravé de telle sorte qu'ils forment exactement le réseau souhaité qu'ils exposent ensuite à un flux de particules d'aluminium, créer des couches d'aluminium, un supraconducteur, sur des points précis des fils - les contacts où émergent les particules de Majorana. Les endroits qui se trouvent « à l'ombre » d'autres fils restent à découvert.
Saut en qualité
L'ensemble du processus se déroule sous vide et à une température ultra-froide (environ -273 degrés Celsius). "Cela garantit une propreté irréprochable, contacts purs, " dit Bakkers, "et nous permet de faire un bond considérable dans la qualité de ce type de dispositif quantique." Les mesures démontrent pour un certain nombre de propriétés électroniques et magnétiques que tous les ingrédients sont présents pour que les Majoranas tressent.
Ordinateurs quantiques
Si les chercheurs réussissent à faire tresser les particules de Majorana, ils auront fait d'une pierre deux coups. Compte tenu de leur robustesse, Les majoranas sont considérées comme le bloc de construction idéal pour les futurs ordinateurs quantiques qui seront capables d'effectuer de nombreux calculs simultanément et donc plusieurs fois plus rapidement que les ordinateurs actuels. Le tressage de deux particules de Majorana pourrait constituer la base d'un qubit, l'unité de calcul de ces ordinateurs.
Voyage autour du monde
Un détail intéressant est que les échantillons ont fait le tour du monde pendant la fabrication, combinant les activités uniques et synergiques de chaque institution de recherche. Cela a commencé à Delft avec le modelage et la gravure du substrat, puis à Eindhoven pour la croissance de nanofils et à Santa Barbara pour la formation de contacts en aluminium. Enfin retour à Delft via Eindhoven pour les mesures.
