Illustration a :Graphique montrant les trois matériaux combinés pour former le nouveau matériau. Al est l'aluminium - le supraconducteur, EuS est le nouvel ajout, sulfure d'europium - le ferromagnétique, et InAs est l'arséniure d'indium – le semi-conducteur. En combinaison, ils permettent l'existence des modes zéro Majorana souhaités, permettant au dispositif à fil quantique de faire partie intégrante d'un ordinateur quantique topologique. Illustration b :Micrographie électronique montrant le fil (bleu/gris), entre les électrodes de grille (jaune). La grille est nécessaire pour contrôler la densité des électrons, et les électrons tunnel à travers le fil de la source (biais). Le plus grand avantage de ce système est le fait qu'un grand champ magnétique a été rendu superflu, car un champ magnétique pourrait avoir des effets négatifs potentiels sur d'autres composants à proximité. En d'autres termes, ce résultat a rendu l'application réelle beaucoup plus probable. La longueur du fil dans l'illustration est de 2 micromètres =0,002 millimètres et l'épaisseur de 100 nanomètres =0,0001 millimètre. Crédit :Université de Copenhague
Des chercheurs du Microsoft Quantum Materials Lab et de l'Université de Copenhague, travailler en étroite collaboration, ont réussi à réaliser un matériau important et prometteur pour une utilisation dans un futur ordinateur quantique. Pour cette fin, les chercheurs doivent créer des matériaux qui contiennent les informations quantiques délicates et les protègent de la décohérence.
Les états dits topologiques semblent tenir cette promesse, mais l'un des défis a été qu'un grand champ magnétique a dû être appliqué. Avec le nouveau matériel, il est devenu possible de réaliser des états topologiques sans champ magnétique. "Le résultat est l'un des nombreux nouveaux développements nécessaires avant qu'un véritable ordinateur quantique ne soit réalisé, mais en cours de route une meilleure compréhension du fonctionnement des systèmes quantiques, et pourrait être appliqué à la médecine, catalyseurs ou matériaux, seront quelques-uns des effets secondaires positifs de cette recherche, " explique le professeur Charles Marcus. L'article scientifique est maintenant publié dans Physique de la nature
Les états topologiques sont prometteurs, mais il y a de nombreux défis en cours de route
Les états topologiques dans les systèmes de matière condensée ont généré une excitation et une activité immenses au cours de la dernière décennie, dont le prix Nobel de physique 2016. Il existe une tolérance naturelle aux pannes des modes zéro de Majorana, ce qui rend les états topologiques parfaitement adaptés à l'informatique quantique. Mais les progrès dans la réalisation des modes topologiques de Majorana zéro ont été entravés par la nécessité de champs magnétiques importants pour induire la phase topologique, ce qui a un coût :le système doit fonctionner dans l'alésage d'un gros aimant, et chaque segment topologique doit être précisément aligné le long de la direction du champ.
Les nouveaux résultats rapportent une signature clé de la supraconductivité topologique, mais maintenant en l'absence d'un champ magnétique appliqué. Une fine couche du matériau sulfure d'europium (EuS), dont le magnétisme interne s'aligne naturellement avec l'axe du nanofil et induit un champ magnétique effectif (plus de dix mille fois plus fort que le champ magnétique terrestre) dans les composants supraconducteurs et semi-conducteurs, semble suffisant pour induire la phase supraconductrice topologique.
Le professeur Charles Marcus explique les progrès de cette façon :« La combinaison de trois composants en un seul cristal—semi-conducteur, supraconducteur, l'isolant ferromagnétique, un triple hybride, est nouveau. C'est une excellente nouvelle qu'il forme un supraconducteur topologique à basse température. Cela nous donne une nouvelle voie pour fabriquer des composants pour l'informatique quantique topologique, et donne aux physiciens un nouveau système physique à explorer."
Les nouveaux résultats seront bientôt appliqués à l'ingénierie du qubit
La prochaine étape sera d'appliquer ces résultats afin de se rapprocher de la réalisation du qubit de travail réel. Jusqu'à présent, les chercheurs ont travaillé sur la physique et ils sont maintenant sur le point de se lancer dans la conception d'un véritable appareil. Cet appareil, le qubit, est essentiellement à un ordinateur quantique ce que le transistor est à l'ordinateur ordinaire que nous connaissons aujourd'hui. C'est l'unité qui effectue les calculs, mais c'est là que s'arrête la comparaison. Le potentiel de performance d'un ordinateur quantique est si grand qu'aujourd'hui, nous ne sommes même pas vraiment en mesure d'imaginer les possibilités.
