Renomovaná evropská cena ERC za Clementa Mercklinga z imec za vývoj tolerantních kvantových bitů udělena

Clement Merckling

Průlomová myšlenka projektu NOTICE spočívá v použití nového stabilního oxidu jako základního materiálu jak pro supervodič, tak pro topologický izolátor. Na epitaxickém rozhraní budou generovány Majoranovy fermiony – stavební kameny pro odolné kvantové bity.

Imec, jedno z předních výzkumných a inovačních center na světě v oblasti nanoelektroniky a digitálních technologií, dnes oznámilo, že Evropská výzkumná rada udělila Clementu Mercklingovi, vedoucímu oddělení v imec, grant Consolidator na vypracování jeho projektu NOTICE.

Průlomová koncepční myšlenka tohoto projektu spočívá ve výzkumu nových oxidů a experimentálním realizaci topologických rozhraní pro vytváření Majorana fermionů, které povedou k chybově tolerantním qubitům – stavebním kamenným blokům kvantových počítačů příští generace. Očekává se, že tyto "Majorana qubity" budou imunní vůči dekoherenci – jevu, který způsobuje ztrátu kvantových informací. Clement Merckling obdrží 2,3 milionu eur na tento ambiciózní pětiletý projekt, který by mohl otevřít cestu k "stabilním" kvantovým systémům.

Očekává se, že kvantové výpočty umožní obrovské zlepšení výpočetního výkonu ve srovnání s klasickými výpočty. Základní stavební kámen kvantového počítače je qubit, dvoustavový systém, který podléhá zákonům kvantové mechaniky. Současný vývoj se zaměřuje především na polovodičové kvantové body a supravodivé qubity, které vykazují slibné vlastnosti pro kvantové počítače a jejich výrobu. Tyto qubity však trpí dekoherencí. Tento problém je dnes řešen zvýšením hustoty qubitů (cílem je přes 10^6 na čip) a použitím kvantových chybových korekčních algoritmů.

"S pomocí grantu ERC Consolidator mohu zkoumat další generaci qubitů – Majorana qubity," vysvětluje Clement Merckling. "Největší výzvou u Majorana qubitů je vytvořit Majorana fermiony, které budou schopny udržet a zachovat kvantový stav. Cesta k tomu spočívá v nanesení supravodivého materiálu na materiál s výraznou spin-orbitální vazbou (SOC), například na topologický izolátor." Majorana fermiony byly teoreticky předpovězeny a nedávno byly zaznamenány první signály jejich existence pomocí různých kombinací materiálů a architektur zařízení.

V rámci projektu NOTICE (Novel Oxides and Topological Interfaces for Quantum Computing Electronics) se zkušený vědec vydá na inovativní cestu k vytváření Majorana fermionů. Tato cesta bude čelit dnešním velkým překážkám, jimiž jsou stabilita a oxidace materiálů s SOC a chybovost rozhraní mezi SOC a supravodivými materiály. Průlomovým prvkem je použití nových a stabilních oxidových materiálů – konkrétně "perovskitového" oxidu na bázi Wismutu – jako základ jak pro supravodič (pomocí p-dotování), tak pro topologický izolátor (pomocí n-dotování). Tento systém materiálů má vytvořit dokonalé epitaktické rozhraní, na kterém budou Majorana fermiony generovány." V poslední fázi se tým zaměří na integraci do Si, aby umožnil spolehlivé a škálovatelné kvantové zařízení na bázi Majorana, čímž otevře cestu k jejich velkoprůmyslové výrobě.

"Jsme velmi hrdí na to, že zkušený vědec jako Clement Merckling získal grant ERC Consolidator a má tak jedinečnou příležitost sestavit tým a realizovat průkopnický výzkumný projekt," řekl Luc Van den hove, prezident a CEO imec. "Kvantové výpočty jsou velmi perspektivní oblastí inovací pro Evropu, která má obrovský potenciál pro industrializaci. Schopnost vyvinout tuto technologii a široce ji využívat v průmyslových aplikacích je jednou z největších výzev Evropy. Zejména tento projekt má za cíl dlouhodobě revolucionalizovat kvantové výpočty. Ale zároveň otevře nové obzory ve vědě o materiálech a epitaxi – dvě oblasti, které umožní důležité průlomy v mnoha dalších oblastech."