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Manipulating single fermions with light in cQED architectures

Descripción del proyecto

Probar fenómenos cuánticos en puntos cuánticos superconductores

El proyecto financiado con fondos europeos FERMIcQED pretende estudiar las interacciones de materiales cuánticos novedosos con la luz de microondas a nivel fotónico y de fermión único. Para lograr tan ambicioso objetivo, el proyecto combinará conductores cuánticos de baja dimensión con arquitecturas de vanguardia y técnicas de electrodinámica cuántica de circuitos. La idea es aislar un grado fermiónico individual de libertad en una unión Josephson híbrida, un punto cuántico conectado a dos superconductores. El efecto de proximidad superconductora favorece la formación de estados electrón-hueco entrelazados en el punto cuántico que dependen de la diferencia de fase superconductora. Al encerrar la unión Josephson híbrida en una cavidad fotónica superconductora, se puede acoplar estos estados fermiónicos a la luz de microondas y probar sus propiedades cuánticas en un entorno bien controlado.

Objetivo

FERMIcQED aims at interfacing novel quantum materials with microwave light at the level of the single photon and fermion. To achieve this ambitious goal, I plan to use low-dimensional quantum conductors – such as carbon nanotubes or semiconducting nanowires – combined with state-of-the-art architectures and techniques of circuit Quantum Electrodynamics. The idea consists in isolating an individual fermionic degree of freedom within a hybrid Josephson junction – a quantum dot connected to two superconductors. Due to the superconducting proximity effect, entangled electron-hole states – called the Andreev bound states – form in the quantum dot and depend on the superconducting phase difference. By enclosing the hybrid Josephson junction inside a superconducting photonic cavity, one can couple these fermionic states to microwave light and probe their quantum properties in a well-controlled environment.
Specifically, FERMIcQED will tackle three key experiments. First, we will detect the spin degree of freedom of the Andreev bound states and manipulate it coherently as a superconducting spin qubit. We will demonstrate strong coupling with cavity photons, which will enable quantum logic operations and long-range qubit interactions. Second, we will operate the hybrid Josephson junction in the topological regime in order to observe and manipulate Majorana fermions, thus implementing a topological qubit. At last, we will probe the joint entangled dynamics of bosonic and fermionic modes that coexist in hybrid Josephson junctions and simulate the spin-boson problem.

Palabras clave

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

Institución de acogida

ECOLE POLYTECHNIQUE
Aportación neta de la UEn
€ 1 499 133,00
Dirección
ROUTE DE SACLAY
91128 Palaiseau Cedex
Francia

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Región
Ile-de-France Ile-de-France Essonne
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 499 133,00

Beneficiarios (1)