Przedstawiona europejska nagroda specjalna ERC dla Clementa Mercklinga z imec za rozwój tolerancyjnych na błędy kubitów została przyznana

Clement Merckling

Rewolucyjny pomysł projektu NOTICE polega na wykorzystaniu nowego stabilnego materiału tlenkowego jako podstawy zarówno dla nadprzewodnika, jak i materiału topologicznego izolatora. Na epitaksjalnym interfejsie będą generowane fermiony Majorany – elementy składowe kwantów odpornych na błędy – które będą kluczowe dla budowy kwantowych bitów odpornych na błędy.

Imec, jedno z wiodących na świecie centrów badawczo-innowacyjnych w dziedzinie nanoelektroniki i technologii cyfrowych, ogłasza dzisiaj, że Europejska Rada ds. Badań przyznała kierownikowi działu w imec, Clementowi Mercklingowi, grant Consolidator na opracowanie jego projektu NOTICE.

Przełomowa koncepcja tego projektu polega na badaniu nowych tlenków oraz eksperymentalnym tworzeniu topologicznych interfejsów w celu generowania fermionów Majorany, które będą prowadzić do kwantowych bitów odpornych na błędy — elementów kwantowych komputerów następnej generacji. Oczekuje się, że te "Majorana-Qubity" będą odporne na dekoherencję — zjawisko powodujące utratę informacji kwantowej. Clement Merckling otrzymuje 2,3 miliona euro na ten ambitny pięcioletni projekt, który może otworzyć drogę do "stabilnych" systemów kwantowych.

Oczekuje się, że obliczenia kwantowe umożliwią ogromne ulepszenia w mocy obliczeniowej w porównaniu z klasycznym komputerem. Podstawowym elementem komputera kwantowego jest kubit, dwupoziomowy system, który podlega prawom mechaniki kwantowej. Obecne postępy koncentrują się głównie na półprzewodnikowych punktach kwantowych i nadprzewodzących kubitach, które wykazują obiecujące właściwości dla kwantowych komputerów i ich produkcji. Jednak te kubity cierpią na dekoherencję. Obecnie wyzwanie to jest rozwiązywane poprzez zwiększanie gęstości kubitów (cel powyżej 10^6 na układ) oraz stosowanie algorytmów korekcji błędów kwantowych.

"Dzięki grantowi ERC Consolidator mogę badać następną generację kubitów — kubity Majorany", wyjaśnia Clement Merckling. "Największym wyzwaniem przy kubitach Majorany jest wytworzenie fermionów Majorany, które mogą utrzymywać i zachowywać stan kwantowy. Droga do tego prowadzi przez warstwowanie nadprzewodnika na materiale o silnym sprzężeniu spin-orbit (SOC), takim jak topologiczny izolator." Fermiony Majorany zostały teoretycznie przewidziane, a ostatnio zaobserwowano pierwsze sygnały ich istnienia, korzystając z różnych kombinacji materiałów i architektur urządzeń.

W ramach projektu NOTICE (Nowe tlenki i topologiczne interfejsy dla elektroniki kwantowych komputerów) doświadczony naukowiec podejmie innowacyjną drogę do generowania fermionów Majorany. Ta ścieżka odpowiada na dzisiejsze główne wyzwania, czyli stabilność i utlenianie materiałów SOC oraz nieprawidłowości interfejsu między materiałami SOC a nadprzewodzącymi. Przełomowym rozwiązaniem jest użycie nowatorskich i stabilnych materiałów tlenkowych — tj. tlenku "Perowskit" na bazie wismutu — jako podstawy zarówno dla nadprzewodnika (poprzez domieszkę p), jak i izolatora topologicznego (poprzez domieszkę n). Ta kombinacja systemów materiałowych ma stworzyć idealny epitaksjalny interfejs, na którym będą generowane fermiony Majorany." W ostatniej fazie zespół skoncentruje się na integracji z Si, aby umożliwić niezawodne i skalowalne kwantowe urządzenia oparte na Majoranie, torując drogę do ich masowej produkcji.

"Jesteśmy bardzo dumni, że doświadczony naukowiec, taki jak Clement Merckling, otrzymuje grant ERC Consolidator, co daje mu unikalną okazję do utworzenia zespołu i przeprowadzenia pionierskiego projektu badawczego", powiedział Luc Van den hove, prezes i CEO imec. "Obliczenia kwantowe to bardzo obiecująca dziedzina innowacji dla Europy, posiadająca ogromny potencjał przemysłowy. Umiejętność rozwijania tej technologii i szerokiego jej zastosowania przemysłowego jest jednym z największych wyzwań Europy. Szczególnie ten projekt ma na celu długoterminową rewolucję w obliczeniach kwantowych. Jednak otworzy on także nowe horyzonty dla nauki o materiałach i epitaksji — dwóch dziedzin, które umożliwiają ważne przełomy w wielu innych obszarach."