Avec leur insensibilité à la décohérence, Les particules de Majorana pourraient devenir des éléments constitutifs stables des ordinateurs quantiques. Le problème est qu'ils ne se produisent que dans des circonstances très particulières. Maintenant, des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers ont réussi à fabriquer un composant capable d'héberger les particules recherchées.

Les chercheurs du monde entier luttent pour construire des ordinateurs quantiques. L'un des grands défis est de surmonter la sensibilité des systèmes quantiques à la décohérence, l'effondrement des superpositions. Une piste de la recherche en informatique quantique est donc d'utiliser les particules de Majorana, qui sont aussi appelés fermions de Majorana. Microsoft, entre autres organisations, explore ce type d'ordinateur quantique.

Les fermions de Majorana sont des particules très originales, tout à fait différent de ceux qui composent les matériaux qui nous entourent. En termes très simplifiés, ils peuvent être considérés comme des demi-électrons. Dans un ordinateur quantique, l'idée est de coder l'information dans une paire de fermions de Majorana séparés dans le matériau, qui devrait, en principe, rendre les calculs insensibles à la décohérence.

Alors, où trouvez-vous les fermions de Majorana ? Dans les matériaux à l'état solide, ils ne semblent se produire que dans ce que l'on appelle les supraconducteurs topologiques. Mais une équipe de recherche de l'Université de technologie de Chalmers est maintenant parmi les premières au monde à signaler qu'elle a effectivement fabriqué un supraconducteur topologique.

"Nos résultats expérimentaux sont cohérents avec la supraconductivité topologique, " dit Floriana Lombardi, professeur au Quantum Device Physics Laboratory de Chalmers.

Pour créer leur supraconducteur non conventionnel, ils ont commencé avec ce qu'on appelle un isolant topologique en tellurure de bismuth, Bi 2 Te 3 . Un isolant topologique conduit le courant d'une manière très particulière sur la surface. Les chercheurs ont placé une couche d'aluminium, un supraconducteur conventionnel, en haut, qui conduit le courant entièrement sans résistance à basse température.

"La paire d'électrons supraconducteurs fuit alors dans l'isolant topologique, qui devient aussi supraconducteur, " explique Thilo Bauch, professeur agrégé en physique des dispositifs quantiques.

Cependant, les mesures initiales ont toutes indiqué qu'elles n'avaient qu'une supraconductivité standard induite dans le Bi 2 Te 3 isolant topologique. Mais lorsqu'ils ont refroidi à nouveau le composant plus tard, répéter systématiquement certaines mesures, la situation changea soudainement :les caractéristiques des paires d'électrons supraconducteurs variaient dans des directions différentes.

"Et ce n'est pas du tout compatible avec la supraconductivité conventionnelle. Des choses inattendues et excitantes se sont produites, " dit Lombardi.

Contrairement à d'autres équipes de recherche, L'équipe de Lombardi a utilisé du platine pour assembler l'isolant topologique avec l'aluminium. Des cycles de refroidissement répétés engendrent des contraintes dans le matériau, ce qui a amené la supraconductivité à modifier ses propriétés. Après une période intensive d'analyses, les chercheurs ont établi qu'ils avaient probablement réussi à créer un supraconducteur topologique.

"Pour les applications pratiques, le matériau intéresse principalement ceux qui tentent de construire un ordinateur quantique topologique. Nous voulons explorer la nouvelle physique cachée dans les supraconducteurs topologiques - c'est un nouveau chapitre de la physique, ", dit Lombardi.

Les résultats ont été publiés récemment dans Communication Nature dans une étude intitulée "Induced unconventional supraconductivity on the surface states of Bi 2 Te 3 isolant topologique."