Opis projektu
Nowatorska platforma eksperymentalna może przyspieszyć rozwój obliczeń kwantowych
Bity kwantowe, czyli kubity, pozwalają przechowywać i przetwarzać o wiele więcej informacji niż konwencjonalne bity, ponieważ mogą znajdować się w dwóch stanach jednocześnie. Niestety, te efekty kwantowe są bardzo kruche i jakiekolwiek zewnętrzne czynniki mogą spowodować dezintegrację kubitów. Naukowcy mówią teraz o topologicznych komputerach kwantowych, które będą kodować kubity w rodzaju kwazicząstki, której istnienia nie jesteśmy nawet pewni. Tak zwane topologiczne właściwości tych kwazicząstek sprawiają, że są one szczególnie odporne na zakłócenia zewnętrzne. W ramach finansowanego przez UE projektu TOCINA opracowywana jest nowa platforma eksperymentalna, która umożliwi naukowcom zbadanie tych mechanizmów w sposób, który nie był dotychczas możliwy.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
5612 AE Eindhoven
Niderlandy