Projektbeschreibung
Das Märchen von der supraleitenden Insel im (Nanodraht-)Strom ...
Quantencomputer, die in einer Sekunde exponentiell mehr Berechnungen als klassische Computer durchführen können, verfügen über das Potenzial zur Veränderung unserer Welt, was u. a. Auswirkungen auf die Kommunikation, die künstliche Intelligenz, den Sicherheitssektor, die Medizin haben dürfte. Die Stärke der Quantencomputer beruht auf den exotischen Quanteneigenschaften ihrer Qubits (Quantenbits), mit denen sich Informationen manipulieren lassen. Majoranafermionen, sogenannte Majorana-Modi, stehen ganz oben auf der Liste der am meisten gesuchten Quantenbits, aber noch ist sich die wissenschaftliche Gemeinschaft nicht ganz sicher, ob die schwer fassbaren und exotischen Quasiteilchen überhaupt jemals gesehen wurden. Als am wahrscheinlichsten gilt die Sichtung in einem Halbleiternanodraht, der in Kontakt mit einem Supraleiter gebracht wird. Das EU-finanzierte Projekt SpinScreen wird nun fortgeschrittene experimentelle Untersuchungen an diesem System durchführen. Erwartet werden Erkenntnisse, die weit über das Potenzial für die Quanteninformationsverarbeitung hinausgehen.
Ziel
Europe’s leadership in quantum technologies can only be sustained by fundamental research. A challenge in this field is to choose the physical platform for qubits, the units of a quantum computer. Semiconductor nanowires coupled to superconductors offer a potential solution as a platform for a new type of qubit, which has the unique advantage of being inherently protected from decoherence.
The physical ingredients of this qubit are Majorana modes. A common device geometry used to investigate transport through these modes is a superconducting island coupled to a nanowire.
However, at this stage little is known about the interactions of islands with quantum dots, which are themselves commonplace near charge depletion. Whereas the interaction of a single dot strongly coupled to a superconductor lead at fixed potential is known to lead to anti-ferromagnetic screening by quasiparticles in the superconductor, the interaction of the dot with an isolated superconductor remains to be explored. If this gap in the knowledge is filled, we could learn to distinguish between subgap states related to screening of the dot, and those involving the island/nanowire hybrid. Crucially, only the latter ones are related to Majorana modes.
At QDev, I will investigate screening by an epitaxial superconducting Al island of a single quantum dot defined in an InAs nanowire. To do this, I will tune the coupling between the island and the dot with a gate voltage and obtain the quantum phase diagram.
While most of Majorana research is understandably focused on how to make a qubit, I will tackle three more fundamental questions, which will serve this purpose in the long run and go substantially beyond the state of the art. 1) How does a single quasiparticle in the island screen a spin? 2) How does screening occur when the island cannot accept quasiparticles? 3) Can novel non-Fermi liquid physics emerge when adding a superconducting lead to the dot-island system?
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Dänemark