Description du projet
Sonder les phénomènes quantiques dans les points quantiques supraconducteurs
Le projet FERMIcQED, financé par l’UE, a pour objectif d’étudier les interactions de nouveaux matériaux quantiques avec la lumière micro-ondes aux niveaux monofermionique et monophotonique. Pour atteindre cet objectif ambitieux, le projet combinera des conducteurs quantiques de faible dimension à des architectures et des techniques de pointe d’électrodynamique quantique de circuit. L’idée consiste à isoler un degré de liberté fermionique individuel dans une jonction Josephson hybride – un point quantique connecté à deux supraconducteurs. En raison de l’effet de proximité supraconducteur, des états enchevêtrés électron-trou, qui dépendent de la différence de phase supraconductrice, se forment dans le point quantique. En enfermant la jonction Josephson hybride dans une cavité photonique supraconductrice, il est possible de coupler ces états fermioniques à la lumière micro-ondes et de sonder leurs propriétés quantiques dans un environnement parfaitement maîtrisé.
Objectif
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.
Champ scientifique
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsfermions
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssuperconductivity
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-STG - Starting GrantInstitution d’accueil
91128 Palaiseau Cedex
France