Descrizione del progetto
Sondare i fenomeni quantistici nei punti quantici superconduttori
Il progetto FERMIcQED, finanziato dall’UE, si propone di studiare le interazioni di nuovi materiali quantistici con la luce a microonde a livello di singolo fermione e fotone. Per raggiungere questo ambizioso obiettivo, il progetto combinerà conduttori quantistici a bassa dimensione con architetture e tecniche all’avanguardia di elettrodinamica quantistica dei circuiti. L’idea è quella di isolare un grado di libertà fermionico individuale all’interno di una giunzione Josephson ibrida, un punto quantico collegato a due superconduttori. A causa dell’effetto di prossimità superconduttore, nel punto quantico si formano stati di elettroni-lacuna intrecciati, che dipendono dalla differenza di fase del superconduttore. Racchiudendo la giunzione Josephson ibrida all’interno di una cavità fotonica superconduttrice, è possibile accoppiare questi stati fermionici alla luce a microonde e sondare le loro proprietà quantistiche in un ambiente ben controllato.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
- 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
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-STG - Starting GrantIstituzione ospitante
91128 Palaiseau Cedex
Francia