Híres európai ERC-különdíjat ítéltek oda Clement Mercklingnek az imec-től a hibátűrő kvantumpárok fejlesztéséért

Clement Merckling

A NOTICE projekt úttörő ötlete, hogy egy új, stabil oxid anyagot használjunk mind a szupervezető, mind a topológiai inszulator anyag alapjául. Az epitaxiális határon Majorana fermionok – a hibamentes kvantumpárok építőkövei – keletkeznek.

Az Imec, a világ egyik vezető kutatási és innovációs központja a nanoelektronika és digitális technológiák terén, ma bejelentette, hogy az Európai Kutatási Tanács Clement Merckling, az imec osztályvezetője, Consolidator Grant támogatást kapott a NOTICE nevű projektjének kidolgozására.

Ennek a projektnek a forradalmi koncepciója az új típusú oxidok kutatása és topológiai határfelületek kísérleti megvalósítása a Majorana-fermiánok előállítására, amelyek hibátlan kvantumbitekhez vezetnek – ezek a kvantumszámítógépek következő generációjának építőkövei. Várható, hogy ezek a "Majorana-kvbitok" immunisak lesznek a dekoherenciára – egy jelenség, amely a kvantuminformációk elvesztését okozza. Clement Merckling 2,3 millió eurót kap erre az öt évig tartó ambiciózus projektre, amely utat nyithat a "stabil" kvantumrendszerek felé.

Várható, hogy a kvantumszámítás óriási javulást hoz a számítási teljesítményben a klasszikus számítástechnikához képest. Egy kvantumszámítógép alapegysége a qubit, egy kétállapotú rendszer, amely a kvantummechanika törvényeit követi. A jelenlegi fejlesztések főként félvezető kvantumpontokra és supervezető kvbitokra összpontosítanak, amelyek ígéretes tulajdonságokkal rendelkeznek a kvantumszámítógépek és azok gyártása terén. Ezek a kvbitok azonban dekoherenciától szenvednek. Ma ezt a kihívást azzal kezelik, hogy növelik a kvbitok sűrűségét (cél több mint 10^6 darab egy chipen), és kvantumhibajavító algoritmusokat alkalmaznak.

"Az ERC Consolidator Grant segítségével a következő generációs kvbitokat – a Majorana-kvbitokat – kutathatom," magyarázza Clement Merckling. "A legnagyobb kihívás a Majorana-fermiánok előállítása, amelyek képesek kvantumállapotot tartani és megőrizni. Ennek útja egy szupervezető réteg felhordása olyan anyagra, amely erős spin-orbit kötést (SOC) mutat, például egy topológiai szigetelő." A Majorana-fermiánokat elméletileg jósolták, és nemrégiben első jeleiket mutatták ki különböző anyagkombinációk és eszközarchitektúrák alkalmazásával.

A NOTICE (Novel Oxides and Topological Interfaces for Quantum Computing Electronics) projekt keretében a tapasztalt kutató innovatív módszert fog alkalmazni a Majorana-fermiánok előállítására. Ez az út megfelel a mai nagy kihívásoknak, nevezetesen a SOC-anyagok stabilitásának és oxidációjának, valamint a SOC és a szupervezető anyagok közötti határfelület hibamentességének kérdésének. Úttörő a legújabb és stabil oxidanyagok – azaz egy "Perovszkit" oxid, bismut alapú – alkalmazása mind a szupervezető (p-dotálás révén), mind a topológiai szigetelő (n-dotálás révén) alapjaként. Ez az anyagrendszer-kombináció egy tökéletes epitaxiális határfelületet hoz létre, ahol a Majorana-fermiánokat elő lehet állítani." Az utolsó szakaszban a csapat a Si-ba történő integrációra összpontosít, hogy megbízható és skálázható kvantumeszközöket hozzon létre Majorana-alapon, ezzel megteremtve az utat a nagyipari gyártás felé.

"Nagyon büszkék vagyunk arra, hogy egy tapasztalt kutató, mint Clement Merckling, ERC Consolidator Grant támogatást kapott, és ezzel egyedülálló lehetőséget kapott arra, hogy csapatot alakítson és egy úttörő kutatási projektet hajtson végre," mondta Luc Van den hove, az imec elnöke és vezérigazgatója. "A kvantumszámítástechnika Európa egyik ígéretes innovációs területe, amely óriási ipari potenciállal rendelkezik. A technológia fejlesztése és széles körű ipari alkalmazásba vitele Európának egyik legnagyobb kihívása. Különösen ez a projekt hosszú távon forradalmasítani fogja a kvantumszámítástechnikát. Emellett új horizontokat nyit a anyagtudományok és az epitaxia területén – két olyan szakterületen, amelyek számos más területen is áttöréseket hozhatnak."