Chercheurs de l'Université de Copenhague, en collaboration avec les chercheurs de Microsoft Quantum, ont utilisé un semi-conducteur en forme de crayon mesurant seulement quelques centaines de nanomètres de diamètre pour découvrir une nouvelle voie vers la supraconductivité topologique et les modes zéro de Majorana. L'étude a été publiée récemment dans Science .

La nouvelle voie découverte par les chercheurs utilise l'enroulement de phase autour de la circonférence d'un supraconducteur cylindrique entourant un semi-conducteur, une approche qu'ils appellent une percée conceptuelle.

"Le résultat peut fournir une voie utile vers l'utilisation des modes zéro de Majorana comme base de qubits protégés pour les informations quantiques. Nous ne savons pas si ces fils eux-mêmes seront utiles, ou si juste les idées seront utiles, " dit Charles Marcus, Villum Kann Rasmussen Professeur à l'Institut Niels Bohr et directeur scientifique du Microsoft Quantum Lab à Copenhague.

Ce qu'ils rapportent semble être un moyen beaucoup plus simple de créer des modes zéro Majorana, dans lequel ils peuvent être allumés et éteints, selon le chercheur postdoctoral Saulius Vaitiekenas, qui était l'expérimentateur principal de l'étude.

Deux idées connues combinées

La nouvelle recherche fusionne deux idées déjà connues utilisées dans le monde de la mécanique quantique :les supraconducteurs topologiques à base de vortex et la supraconductivité topologique unidimensionnelle dans les nanofils.

"L'importance de ce résultat est qu'il unifie différentes approches pour comprendre et créer la supraconductivité topologique et les modes zéro de Majorana, " dit le professeur Karsten Flensberg, directeur du Center for Quantum Devices.

Les résultats peuvent être décrits comme une extension de l'effet Little-Parks, découvert par les physiciens il y a 50 ans. Dans l'effet Petits-Parcs, un supraconducteur en forme d'enveloppe cylindrique s'ajuste à un champ magnétique externe, enfiler le cylindre en sautant à un "état de vortex" dans lequel la fonction d'onde quantique autour du cylindre porte une torsion de sa phase.

Les chercheurs avaient besoin d'un type spécial de matériau combinant des nanofils semi-conducteurs et de l'aluminium supraconducteur. Ces matériaux ont été développés au Center for Quantum Devices pendant quelques années. Notamment, la coque supraconductrice entoure entièrement le semi-conducteur dans ces fils. Ils ont été cultivés par le professeur Peter Krogstrup, également au Center for Quantum Devices et directeur scientifique du Microsoft Quantum Materials Lab à Lyngby.

"Notre motivation pour regarder cela en premier lieu était que cela semblait intéressant et nous ne savions pas ce qui se passerait, " dit Charles Marcus à propos de la découverte expérimentale, ce qui a été confirmé théoriquement dans la même publication. Néanmoins, l'idée peut indiquer une voie à suivre pour l'informatique quantique.