La physique quantique s'attaque aux fermions de Majorana
Publié par Redbran le 26/06/2017 à 00:00
Source: CORDIS-Europa

Cryptosystème quantique. Illustration Wikimedia Commons
Grâce à de nouveaux modèles statistiques non abéliens, les scientifiques et les physiciens comprennent mieux les fermions de Majorana et les supraconducteurs topologiques. Cette avancée contribuera à faire progresser l'informatique quantique (L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des ordinateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par...).

La physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) quantique est riche de nombreux phénomènes fascinants, susceptibles d'avoir un impact important sur l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) quantique. C'est le cas des fermions de Majorana dans les systèmes de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et possède...) condensée, prévus dès les années 1930. Dernièrement, des chercheurs en physique de la matière condensée ont constaté que certains systèmes en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) pouvaient produire de nouvelles formes de fermions de Majorana, créant des systèmes qui sont des supraconducteurs topologiques. Ce phénomène échappe toujours aux physiciens, exigeant des méthodes plus sophistiquées pour en comprendre les secrets, avec l'aide de statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation de ces ressources afin de...) non abéliennes.

Les chercheurs du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) DMMMTS (Detection and manipulation of Majorana modes in topological superconductors), financé par l'UE, ont donc étudié des fermions de Majorana afin de les rapprocher d'une informatique quantique universelle. Ils ont conçu un dispositif de qubit (On nomme qubit (quantum + bit ; prononcé /kyoobit/), parfois écrit qbit, l'état quantique qui représente la plus petite unité de stockage d'information quantique. Il se compose d'une superposition de deux états de base,...) Majorana-Transmon, qui intègre des quasi-particules de Majorana à des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) actuelles de qubits, et exploite leurs propriétés pour protéger l'information quantique.

Pour atteindre ses buts, l'équipe de scientifiques a déterminé les propriétés électromagnétiques du dispositif envisagé, soulignant deux aspects très importants. Le premier implique la découverte d'un doublet protégé qui ne colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des pièces entre elles. Ces pièces peuvent être...) pas directement à l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) électromagnétique et protège le qubit contre la décohérence, bien qu'il puisse être manipulé. Le second est la possibilité de mesurer la présence des quasi-particules de Majorana en détectant un phénomène d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type se rencontrent et interagissent l'une avec l'autre. Ce phénomène apparaît souvent en optique avec les ondes lumineuses, mais il...) de parité dans le spectre d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le...) dans les micro-ondes.

Parallèlement, l'équipe a pu identifier l'existence d'état de bord de Majorana ou neutres, en explorant des effets thermoélectriques. Elle a validé une nouvelle méthode pour détecter les états de bord neutres dans le régime de Hall quantique. Les chercheurs ont en outre étudié les signatures du couplage de fermions de Majorana avec un germe (En botanique, un germe est un embryon de plante contenu dans une graine. Le terme désigne également une excroissance qui se développe depuis un tubercule. Germe est un synonyme de plicitatus. La...) de fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2):...), révélant des informations sur le comportement des fermions de Majorana dans les géométries mésoscopiques.

L'un des principaux résultats du projet a été de démontrer que les quasi-particules de Majorana conservent leurs statistiques quantiques propres, même lorsqu'elles se propagent dans des systèmes critiques, et indépendamment de leur supraconducteur parent. Les chercheurs de DMMMTS ont conçu une nouvelle méthode pour calculer la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) abélienne adiabatique (En thermodynamique, une transformation est dite adiabatique (du grec adiabatos, « qui ne peut être traversé ») si elle est effectuée sans qu'aucun échange de chaleur n'intervienne entre le système étudié et le milieu...) associée avec un échange de tourbillons dans des supraconducteurs de type onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...) p. Ceci a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni,...) des informations essentielles sur le comportement des tourbillons qui transportent les fermions de Majorana dans les supraconducteurs topologiques. Les progrès dans ce domaine sont de bon augure pour l'informatique quantique.
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