Projektbeschreibung
Beispiellose experimentelle Plattform könnte den Fortschritt in der Quanteninformatik vorantreiben
Quantenbits oder Qubits können so viel mehr Informationen speichern und verarbeiten als ein herkömmliches Bit, da sie sich gleichzeitig in zwei Zuständen befinden können. Leider sind diese Quanteneffekte sehr empfindlich, sodass jegliche äußere Einflüsse dazu führen können, dass das Qubit „zusammenfällt“. Forschende befassen sich daher nun mit topologischen Quantencomputern, die ihre Qubits in einer Art Quasiteilchen codieren, von dem wir nicht einmal wissen, ob es überhaupt existiert. Die sogenannten topologischen Eigenschaften dieser Quasiteilchen machen sie jedoch besonders robust gegenüber Störungen von außen. Das EU-finanzierte Projekt TOCINA entwickelt derzeit eine neuartige experimentelle Plattform, mit der Forschende diese Grundlagen auf bisher nicht mögliche Weise erforschen können.
Ziel
The key challenge in quantum computation is decoherence - the collapse of a quantum state due to local perturbations. In this proposal we address this challenge by developing a new nanomaterials system, which forms the core of a future topological quantum computer. In a topological quantum bit, information is encoded in Majorana modes, which are topologically protected by a local symmetry and therefore have long coherence times.
In this project we develop a new state of matter -topological crystalline insulator nanowires- in which the topology is defined by the band inversion and the crystal symmetry of the material. Therefore, these topological states should be exceptionally robust. Further, we integrate strong superconductors on these nanowires. These two features together should increase the energy scales of the system compared to current state-of-the-art devices, and therefore lead to stable and electrically-isolated Majorana states.
In this project we develop new crystal growth strategies, which enable to grow out-of-thermodynamic equilibrium structures. We will be the first to employ Molecular Beam Epitaxy (MBE) to precisely tune the SnTe nanowire growth conditions. We use the directionality offered by MBE to shadow-grow superconductors on one nanowire facet. The in-situ ultra-high-vacuum growth of hybrid semiconductor/superconductor devices will result in unprecedented device quality.
Due to the increased energy scales, experiments, which have been unattainable so far, come within reach. We use this new materials platform to demonstrate entanglement of two Majorana modes at the ends of a nanowire. This quantum teleportation is a groundbreaking experiment and is the key of a topological quantum computer.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologymaterials engineeringcrystals
- natural sciencesmathematicspure mathematicstopology
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
5612 AE Eindhoven
Niederlande