Une équipe de recherche dano-américaine a montré qu'il est possible de produire des particules de Majorana dans un nouveau matériau de construction. La recherche, dirigé par des scientifiques de l'institut Niels Bohr, Université de Copenhague, ouvre la voie à de nouveaux types d'expérimentations et représente en même temps une contribution importante à la construction des circuits d'information de demain.

Depuis qu'Ettore Majorana - physicien italien légendaire et mythique - en 1937 a suggéré l'existence d'une particule qui est aussi sa propre anti-particule, les scientifiques ont recherché la « particule Majorana, " tel qu'il est est devenu connu.

Jusqu'à présent, la recherche a été en vain

Une équipe de scientifiques du Center for Quantum Devices de l'Institut Niels Bohr (NBI) et de l'Université Purdue, ETATS-UNIS, ont, cependant, récemment contribué à l'avancement de la recherche Majorana.

Pas en trouvant la particule insaisissable elle-même, mais en trouvant comment produire un matériau dans lequel les électrons se comportent conformément aux prédictions théoriques des particules de Majorana.

Les résultats du projet de recherche sont publiés dans ce numéro de la semaine de la revue scientifique Lettres d'examen physique .

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Une antiparticule est une particule élémentaire — identique à sa « homologue, " mais avec une charge électrique opposée. Comme on le voit dans la relation entre les électrons chargés négativement et les positons chargés positivement.

Si une particule est aussi sa propre antiparticule, ce qui, étant donné qu'il existe bel et bien, ce sera le cas avec une particule de Majorana, elle n'aura donc aucune charge.

Les propriétés qui, selon les calculs d'Ettore Majorana, caractérisera une particule de Majorana faire pour un certain nombre de raisons fascinent les scientifiques. Évidemment parce que de telles propriétés « emballées » dans une particule représenteront de nouvelles possibilités expérimentales. Mais aussi parce que les propriétés de Majorana sont considérées comme utiles lorsque les scientifiques sont par ex. tenter de construire des ordinateurs quantiques, c'est-à-dire les circuits d'information de demain qui auront la capacité de traiter des charges de données loin, bien plus lourds que ceux traités par nos super ordinateurs actuels.

Partout dans le monde, des scientifiques essaient de concevoir des ordinateurs quantiques.

C'est une course - le Center for Quantum Devices du NBI est l'un des candidats - et le professeur assistant Fabrizio Nichele et le professeur Charles Marcus, représentant tous deux le centre NBI, ont été en charge du projet de recherche dano-américain.

"La version condensée est qu'il est possible de produire un matériau dans lequel les électrons se comportent comme des particules de Majorana, comme le suggèrent nos expériences - et qu'il est possible de produire ce matériau au moyen de techniques assez similaires à celles utilisées aujourd'hui pour la fabrication de circuits informatiques. En plus de cela, nous avons montré comment ce matériau nous permet de mesurer les propriétés des particules de Majorana jamais mesurées auparavant - et d'effectuer ces mesures avec une grande précision, " explique Fabrizio Nichele.

Conception d'ordinateur portable

Deux feuilles ultra-fines - combinées dans un sandwich - sont au centre de la découverte dano-américaine, et tout a à voir avec la production d'un matériau à base de ce sandwich."

La couche inférieure du "sandwich" est faite d'arséniure d'indium, un semi-conducteur, et la couche supérieure est en aluminium, un supraconducteur. Et le "sandwich" se trouve au sommet d'une soi-disant gaufrette, l'un des blocs de construction utilisés dans la technologie informatique moderne.

Si vous découpez un nano-fil à partir de cette couche "sandwich", il est possible de créer un état où les électrons à l'intérieur du fil affichent des propriétés de Majorana - et la théorie derrière cette approche est en partie connue depuis 2010, dit Fabrizio Nichele :

"Toutefois, jusqu'à présent, il y a eu un problème majeur parce qu'il était nécessaire de « faire pousser » le nano-fil dans des machines spéciales dans un laboratoire - et le fil était, au sens propre, uniquement disponible sous la forme de minuscules pailles « comme des cheveux ». Afin de construire par ex. une puce à base de ce matériau, vous avez donc dû assembler un nombre presque insondable de pailles simples, ce qui a rendu très difficile et très difficile la construction de circuits de cette façon. »

Et c'est exactement là que la découverte américano-danoise intervient très facilement, explique Fabrizio Nichele : « Nous sommes maintenant en mesure de concevoir le nano-fil sur un ordinateur portable et d'inclure les détails que nous recherchons. de taille importante."

Route plus rapide vers Majorana

Au Center for Quantum Devices du NBI, l'accent est mis sur la construction d'un ordinateur quantique. C'est quand même un long chemin :l'ordinateur quantique n'est en aucun cas au coin de la rue, dit Fabrice

Nichele :« Les matériaux avec des propriétés Majorana ont évidemment un certain nombre de qualités pertinentes dans ce contexte, c'est pourquoi nous essayons d'étudier ce domaine à travers diverses expériences.

Certaines de ces expériences sont réalisées à des températures juste au-dessus du zéro absolu (-273, 15C), explique Fabrizio Nichele :« Quand vous faites cela, ce qui nécessite naturellement un équipement adapté à ce type d'expériences, vous êtes en mesure d'étudier les détails liés aux propriétés quantiques de divers matériaux. Lorsqu'il s'agit de construire un ordinateur quantique, Les particules de Majorana font, cependant, ne représentent qu'une des nombreuses options possibles et prometteuses. Ce domaine est très complexe—et quand, un jour, un ordinateur quantique a bien été construit et est opérationnel, il peut très bien être basé sur une certaine forme d'intégration d'un certain nombre de techniques différentes et de matériaux différents, dont certains peuvent être basés sur nos recherches, " dit Fabrice Nichele.

Les scientifiques travaillant avec les équations d'Ettore Majoranas pour d'autres raisons que le désir de construire un ordinateur quantique, peuvent également bénéficier de la recherche dano-américaine, explique Fabrizio Nichele :

"Notre technique permet de mener des expériences qui n'étaient pas réalisables jusqu'à présent, ce qui facilitera également la compréhension de la particule de Majorana elle-même."

Le projet de recherche a été financé par la Fondation nationale danoise pour la recherche, la Fondation Villum, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) et, représentant les donateurs commerciaux, Microsoft ; ce dernier a rejoint le projet dans le cadre d'une coopération bien établie avec NBI.

En plus de coopérer avec des collègues de Purdue Univcersity, les chercheurs du NBI ont également récemment étudié les propriétés de Majorana en collaboration avec des scientifiques de l'Université de Californie, Santa Barbara, ETATS-UNIS. Les résultats de ce projet sont publiés dans un article séparé dans Lettres d'examen physique .