Gazibegović, doctorat candidat dans le groupe du prof. Erik Bakkers au département de physique appliquée, a développé un dispositif constitué de réseaux ultrafins de nanofils en forme de « hashtags ». Cet appareil permet à des paires de particules Majorana d'échanger leur position et de suivre les changements survenus, dans un phénomène connu sous le nom de "tresse". Cet événement est considéré comme une preuve éclatante de l'existence des particules de Majorana, et il représente une étape cruciale vers leur utilisation en tant que blocs de construction pour le développement des ordinateurs quantiques. Avec deux La nature publications dans sa poche, Gazibegović est prête à défendre son doctorat. thèse le 10 mai.

En 1937, le physicien théoricien italien Ettore Majorana a émis l'hypothèse de l'existence d'une particule unique qui est sa propre antiparticule. Cette particule, également appelé « fermion Majorana, " peut également exister en tant que "quasipparticule, " un phénomène collectif qui se comporte comme une particule individuelle, comme dans les vagues qui se forment sur l'eau. L'eau elle-même reste au même endroit, mais la vague peut "voyager" à la surface, comme s'il s'agissait d'une seule particule en mouvement. Pendant de nombreuses années, les physiciens ont essayé de trouver la particule de Majorana sans succès. Encore, au cours de la dernière décennie, des scientifiques de l'Université de technologie d'Eindhoven ont fait un grand pas en avant pour prouver l'existence des particules de Majorana, aussi grâce aux recherches de Gazibegović et ses collaborations avec l'Université de Delft, Philips Research et l'Université de Californie – Santa Barbara.

Blocs de construction des ordinateurs quantiques

Les particules de Majorana ont longtemps représenté le « Saint Graal » des physiciens des particules, aussi pour leur utilisation potentielle comme bits quantiques, ou "qubits, " les blocs de construction de base des ordinateurs quantiques. Au lieu des bits 1 ou 0 des ordinateurs ordinaires, les qubits peuvent être 1 et 0 en même temps. Les collections de qubits peuvent être utilisées pour faire plusieurs calculs en même temps, qui fabrique des ordinateurs quantiques, sur papier, beaucoup plus rapide que les ordinateurs ordinaires.

En réalité, à ce jour, la fabrication de qubits fonctionnant correctement est restée diaboliquement difficile. Avant la preuve de l'existence des particules de Majorana, les chercheurs ont utilisé d'autres particules à l'échelle atomique comme qubits. Encore, ces particules se sont avérées sensibles et fragiles, et, par conséquent, l'information quantique avait tendance à disparaître en quelques fractions de secondes. A cet égard, Les particules de Majorana représentent toujours la brique de base prometteuse en raison d'une propriété spécifique :leur stabilité inhérente.

Tressage, donc stabilité

La stabilité des particules de Majorana peut être attribuée à un phénomène spécial appelé « tressage ». Lorsque deux particules de Majorana échangent deux fois leur position, d'une configuration de départ à une nouvelle, puis retour à la première :les deux particules s'entremêleront et gagneront en stabilité, de la même manière que deux extrémités libres d'une bande qui, lorsqu'il est échangé deux fois, sont tressés (FIG.1A).

Hashtags

Pour générer des particules de Majorana, Gazibegović a d'abord développé les supraconducteurs dits topologiques, nanofils fabriqués à partir de phosphure d'indium (InP) avec une couche d'un supraconducteur sur le dessus (Fig.1B).

Lorsqu'un champ magnétique est appliqué au supraconducteur topologique, Des particules de Majorana émergent aux extrémités de l'appareil. Des séries de supraconducteurs topologiques ont ensuite été développées à partir d'un substrat spécialement gravé (Fig.1C, Fig.2) en forme de hashtags (Fig.1D, Fig.2), pour que chaque hashtag soit capable de produire quatre particules de Majorana, un près de chaque point d'intersection.

Interfaces plus fluides, meilleure qualité

« L'un des défis non relevés dans ce domaine, " explique Gazibegović, "est d'améliorer la qualité de l'interface entre le semi-conducteur et le supraconducteur. La rugosité introduite à cette interface peut en effet détruire les propriétés de l'état de Majorana." Pour résoudre ce problème, Gazibegović et ses collègues ont fabriqué les supraconducteurs topologiques sous ultra-vide, ce qui les protégeait de l'exposition aux agents de gravure chimiques et permettait la fabrication d'appareils d'une « qualité sans précédent ».

Dans le monde entier

La construction de ces appareils s'est avérée être une véritable expérience de vie pour Gazibegović, pendant et en dehors des heures de travail. Dans les dernières années, Gazibegović a cumulé les milles et traversé plusieurs fois l'océan, avec ses nano-hashtags.

« Les substrats ont été fabriqués à Delft, " elle explique, "et ils devaient ensuite être transférés à Eindhoven pour l'étape suivante, la croissance des nano-hashtags. Une fois prêt, ils seraient ensuite assemblés en supraconducteurs topologiques à Santa Barbara, en Californie."

Puissance de calcul

Gazibegović :« Cette thèse contient de nouvelles connaissances sur les mécanismes de croissance des nanofils, ainsi que des principes de conception pour créer des géométries complexes. » Ces avancées dans la science des matériaux ont déjà permis d'améliorer la qualité des appareils Majorana, et offrent des opportunités sans précédent pour la technologie quantique et ses applications.

"Des chercheurs, " poursuit Gazibegović, « passé des décennies à comparer les effets de différents médicaments sur un certain nombre de maladies. Ce processus pourrait être considérablement raccourci avec des ordinateurs quantiques qui ont suffisamment de puissance de calcul pour envisager, en une fois, tous les résultats possibles."