Gerespecteerde Europese ERC-speciale prijs voor Clement Merckling van imec voor de ontwikkeling van fouttolerante qubits toegekend

Clement Merckling

De baanbrekende gedachte van het NOTICE-project is het gebruik van een nieuw stabiel oxidemateriaal als basis voor zowel het supergeleider- als het topologische isolatormateriaal. Aan de epitaxiale interface zullen Majorana-fermionen – bouwstenen voor fouttolerante qubits – worden gegenereerd.

Imec, een van 's werelds toonaangevende onderzoeks- en innovatiecentra voor nano-elektronica en digitale technologieën, kondigt vandaag aan dat de Europese Onderzoeksraad Clement Merckling, hoofd van de afdeling bij imec, een Consolidator Grant heeft toegekend voor het uitwerken van zijn project NOTICE.

Het baanbrekende conceptidee van dit project is het onderzoeken van nieuwe oxiden en de experimentele realisatie van topologische interfaces voor het genereren van Majorana-fermionen, die zullen leiden tot fouttolerante qubits - bouwstenen van de volgende generatie quantumcomputers. Er wordt verwacht dat deze "Majorana-qubits" immuun zullen zijn voor decoherentie - een fenomeen dat het verlies van kwantuminformatie veroorzaakt. Clement Merckling ontvangt 2,3 miljoen euro voor dit ambitieuze vijfjarige project, dat de weg kan openen naar "stabiele" kwantumsystemen.

Het wordt verwacht dat quantum computing een enorme verbetering van de rekenkracht mogelijk maakt in vergelijking met klassieke computing. De fundamentele bouwsteen van een quantumcomputer is de qubit, een tweestapsysteem dat volgens de wetten van de kwantummechanica werkt. De huidige ontwikkelingen richten zich vooral op halfgeleider-kwantumpunten en supergeleiding-qubits, die veelbelovende eigenschappen vertonen voor quantumcomputers en -fabricage. Deze qubits lijden echter onder decoherentie. Vandaag de dag wordt deze uitdaging aangepakt door de dichtheid van de qubits (doelstelling meer dan 10^6 per chip) te verhogen en kwantumfoutcorrectie-algoritmen toe te passen.

"Met de ERC Consolidator Grant kan ik de volgende generatie van qubits onderzoeken - de Majorana-qubits," verklaart Clement Merckling. "De grootste uitdaging bij Majorana-qubits is het genereren van Majorana-fermionen die een kwantumtoestand kunnen vasthouden en behouden. De weg hiernaartoe is het op een materiaal met sterke spin-orbit-koppeling (SOC) te lagen, zoals bijvoorbeeld een topologische isolator." Majorana-fermionen werden theoretisch voorspeld, en recentelijk werden eerste tekenen van hun bestaan aangetoond door het gebruik van verschillende materiaalkombinaties en apparaatarchitecturen.

In het kader van het project NOTICE (Novel Oxides and Topological Interfaces for Quantum Computing Electronics) zal de ervaren onderzoeker een innovatieve weg inslaan voor het genereren van Majorana-fermionen. Deze aanpak zal de grote obstakels van vandaag aanpakken, namelijk de stabiliteit en oxidatie van de SOC-materialen en de onvolkomenheid van de interface tussen de SOC en supergeleidingsmaterialen. Baanbrekend is het gebruik van nieuwe en stabiele oxide-materialen - dat wil zeggen een "Perovskiet"-oxide op Wismutbasis - als basis voor zowel de supergeleider (door p-dottering) als voor de topologische isolator (door n-dottering). Deze materiaalsysteemcombinatie moet een perfecte epitaxiale interface creëren, waar de Majorana-fermionen worden gegenereerd." In een laatste fase zal het team zich richten op de integratie in Si, om betrouwbare en schaalbare kwantumapparaten op basis van Majorana mogelijk te maken en zo de weg vrij te maken voor grootschalige fabricage.

"We zijn zeer trots dat een ervaren onderzoeker als Clement Merckling een ERC Consolidator Grant ontvangt en daarmee een unieke kans krijgt om een team te vormen en een pioniersproject uit te voeren," aldus Luc Van den hove, voorzitter en CEO van imec. "Quantum computing is een zeer veelbelovend innovatief veld voor Europa, dat over een enorm industrialiseringspotentieel beschikt. Het vermogen om deze technologie te ontwikkelen en breed in de industrie toe te passen, is een van de grootste uitdagingen voor Europa. Vooral dit project moet de kwantumcomputing op de lange termijn revolutioneren. Maar het zal ook nieuwe horizonten openen voor de materiaalkunde en epitaxie - twee gebieden die belangrijke doorbraken in vele andere sectoren mogelijk maken."