Opis projektu
Badanie zjawisk kwantowych w nadprzewodzących kropkach kwantowych
Finansowany ze środków UE projekt FERMIcQED ma na celu zbadanie oddziaływań innowacyjnych materiałów kwantowych ze światłem mikrofalowym na poziomie pojedynczego fermionu i fotonu. Aby osiągnąć ten ambitny cel, w projekcie zostanie przeprowadzone połączenie niskowymiarowych przewodników kwantowych z nowoczesną architekturą i technikami kwantowej elektrodynamiki obwodów. Pomysł polega na wyodrębnieniu indywidualnego fermionowego stopnia swobody w hybrydowym złączu Josephsona – kropce kwantowej połączonej z dwoma nadprzewodnikami. Ze względu na występowanie w kropce kwantowej nadprzewodzącego efektu zbliżeniowego tworzą się w niej stany splątane elektron–dziura, które zależą od różnicy fazy nadprzewodzącej. Zamykając hybrydowe złącze Josephsona wewnątrz nadprzewodzącej wnęki fotonicznej, można sprząc te stany fermionowe ze światłem mikrofalowym i zbadać ich właściwości kwantowe w dobrze kontrolowanym środowisku.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- 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
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
91128 Palaiseau Cedex
Francja