L’ informatique quantique se se heurte depuis ses débuts à un obstacle majeur : l’instabilité des qubits, ces bits quantiques ultrasensibles aux perturbations extérieures. Une équipe internationale de chercheurs propose une solution pour surmonter ce défi, en utilisant les propriétés des fermions de Majorana dans des conditions particulières précisées dans le texte ci-dessous.
Les fermions de Majorana sont des particules subatomiques qui sont leurs propres antiparticules. Cela signifie que, contrairement à d’autres particules (comme par exemple l’électron qui a une antiparticule appelé positron), un fermion de Majorana n’a pas d’ anti-fermion de Majorana
Découverts dans les années 1930 par le physicien italien Ettore Majorana, ces fermions restaient surtout théoriques, bien que certains indices expérimentaux aient suggéré leur présence dans des systèmes de matière condensée (comme les supraconducteurs).
Aujourd’hui une équipe, dirigée par Babak Seradjeh, professeur de physique à l’Université de l’Indiana à Bloomington, s’est intéressée à leur comportement au sein de supraconducteurs soumis à des stimulations énergétiques cycliques. Cette opération transforme les fermions de Majorana en fermions de Majorana de Floquet (FMF), dotés d’états distincts influençant le courant électrique de manière unique.
Leurs travaux ont révélé que les FMF ralentissent les oscillations électriques dans certains supraconducteurs, ce qui pourrait fortement renforcer la stabilité des systèmes quantiques.
L’étude a révélé un autre phénomène capital : la possibilité de contrôler la force (ou l’intensité) du courant électrique qui traverse un supraconducteur (appelé courant Josephson) en modifiant un paramètre particulier du matériau, appelé « potentiel chimique ».
Ce potentiel est un paramètre qui détermine la quantité d’énergie nécessaire pour ajouter ou retirer une particule telle un électron dans le matériau. En ajustant ce paramètre, les chercheurs peuvent influencer le comportement des particules à l’intérieur du supraconducteur, ce qui change la façon dont le courant circule dans celui-ci et permet de mieux contrôler ce dernier.
Si ces travaux demeurent encore théoriques, les simulations informatiques en confirment la validité. Ceci offre par conséquent aux chercheurs du monde entier une perspective pour explorer de nouvelles propriétés contrôlables dans les systèmes quantiques. À terme, ces avancées pourraient entrainer la réalisation d’ordinateurs quantiques non seulement plus rapides, mais aussi plus fiables.
L’objectif est d’obtenir des supraconducteurs fonctionnant à température ambiante, soit environ 20-25° C, loin des températures proches du zéro absolu (-273,15° C) actuellement nécessaires. Ceci bouleverserait complètement les perspectives dans de nombreuses technologies: énergie, électronique, espace, etc.
L’étude a été révisée et acceptée pour publication dans la revue Physical Review Letters On en trouve ci-dessous les références et l’abstract, datés du 25 septembre 2024
https://journals.aps.org/prl/accepted/4507fY45Zeb1918f70dc8662573fd67573bb6ddc8
Josephson-current signatures of unpaired Floquet Majorana fermions
Phys. Rev. Lett.
Rekha Kumari, Babak Seradjeh, and Arijit Kundu
Accepted 5 September 2024
Abstract
We theoretically study the transport signatures of unpaired Floquet Majorana fermions in the Josephson current of weakly linked, periodically driven topological superconductors. We obtain analytical expressions for the occupation of the Floquet Majorana fermions in the presence of weak coupling to thermal reservoirs, and show that, similar to undriven topological superconductors, for sufficiently low temperatures and large systems the Josephson current involving Floquet Majorana fermions is 4𝜋-periodic in the phase difference across the junction and depends linearly on the coupling between superconductors. Moreover, unlike the static case, the amplitude of the Josephson current can be tuned by setting the unbiased chemical potential of the driven superconductors at multiple harmonics of the drive frequency. As a result, we uncover a for driven superconductors. We confirm our analytical expressions for Josephson current, the occupation of Floquet bands, and a perturbative analysis of the quasienergies with numerically exact results.
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