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La physique quantique s'attaque aux fermions de Majorana

Grâce à de nouveaux modèles statistiques non abéliens, les scientifiques et les physiciens comprennent mieux les fermions de Majorana et les supraconducteurs topologiques. Cette avancée contribuera à faire progresser l'informatique quantique.
La physique quantique s'attaque aux fermions de Majorana
La physique quantique est riche de nombreux phénomènes fascinants, susceptibles d'avoir un impact important sur l'informatique quantique. C'est le cas des fermions de Majorana dans les systèmes de matière condensée, prévus dès les années 1930. Dernièrement, des chercheurs en physique de la matière condensée ont constaté que certains systèmes en interaction pouvaient produire de nouvelles formes de fermions de Majorana, créant des systèmes qui sont des supraconducteurs topologiques. Ce phénomène échappe toujours aux physiciens, exigeant des méthodes plus sophistiquées pour en comprendre les secrets, avec l'aide de statistiques non abéliennes.

Les chercheurs du projet DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors), financé par l'UE, ont donc étudié des fermions de Majorana afin de les rapprocher d'une informatique quantique universelle. Ils ont conçu un dispositif de qubit Majorana-Transmon, qui intègre des quasi-particules de Majorana à des architectures actuelles de qubits, et exploite leurs propriétés pour protéger l'information quantique.

Pour atteindre ses buts, l'équipe de scientifiques a déterminé les propriétés électromagnétiques du dispositif envisagé, soulignant deux aspects très importants. Le premier implique la découverte d'un doublet protégé qui ne colle pas directement à l'environnement électromagnétique et protège le qubit contre la décohérence, bien qu'il puisse être manipulé. Le second est la possibilité de mesurer la présence des quasi-particules de Majorana en détectant un phénomène d'interférence de parité dans le spectre d'absorption dans les micro-ondes.

Parallèlement, l'équipe a pu identifier l'existence d'état de bord de Majorana ou neutres, en explorant des effets thermoélectriques. Elle a validé une nouvelle méthode pour détecter les états de bord neutres dans le régime de Hall quantique. Les chercheurs ont en outre étudié les signatures du couplage de fermions de Majorana avec un germe de fermion, révélant des informations sur le comportement des fermions de Majorana dans les géométries mésoscopiques.

L'un des principaux résultats du projet a été de démontrer que les quasi-particules de Majorana conservent leurs statistiques quantiques propres, même lorsqu'elles se propagent dans des systèmes critiques, et indépendamment de leur supraconducteur parent. Les chercheurs de DMMMTS ont conçu une nouvelle méthode pour calculer la phase abélienne adiabatique associée avec un échange de tourbillons dans des supraconducteurs de type onde p. Ceci a fourni des informations essentielles sur le comportement des tourbillons qui transportent les fermions de Majorana dans les supraconducteurs topologiques. Les progrès dans ce domaine sont de bon augure pour l'informatique quantique.

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Mots-clés

Physique quantique, fermions de Majorana, supraconducteurs topologiques, informatique quantique, DMMMTS
Numéro d'enregistrement: 198934 / Dernière mise à jour le: 2017-06-19