Nous présentons des mesures et des simulations de dispositifs à hétérostructure semi-conductrice-supraconductrice qui sont compatibles avec l'observation de la supraconductivité topologique et des modes zéro de Majorana.

Les dispositifs sont fabriqués à partir de gaz d'électrons bidimensionnels à haute mobilité dans lesquels des fils quasi unidimensionnels sont définis par des portes électrostatiques.

Ces dispositifs permettent de mesurer les propriétés de transport local et non local et ont été optimisés par des simulations approfondies afin de garantir leur robustesse face à la non-uniformité et au désordre.

Notre principal résultat est que plusieurs dispositifs, fabriqués conformément aux spécifications techniques de la conception, ont passé le protocole de lacune topologique défini dans Pikulin et al. (arXiv:2103.12217). Ce protocole est un test rigoureux composé d'une séquence de mesures de transport local et non local à trois bornes effectuées en faisant varier le champ magnétique, la densité électronique du semi-conducteur et la transparence des jonctions.

La réussite du protocole indique une forte probabilité de détection d'une phase topologique hébergeant des modes zéro de Majorana, comme déterminé par des simulations de désordre à grande échelle. Nos résultats expérimentaux sont cohérents avec une transition de phase quantique vers une phase topologique supraconductrice qui s'étend sur plusieurs centaines de millitesla de champ magnétique et plusieurs millivolts de tension de grille, correspondant à environ cent microélectronvolts d'énergie Zeeman et de potentiel chimique dans le fil semi-conducteur.

Ces régions se caractérisent par une fermeture et une réouverture de la lacune globale, avec des pics de conductance à polarisation nulle simultanés aux deux extrémités des dispositifs qui résistent aux changements de transparence des jonctions. Les lacunes topologiques maximales extraites de nos dispositifs sont de 20 à 60 µeV. Cette démonstration est une condition préalable aux expériences impliquant la fusion et le tressage des modes zéro de Majorana.

Conçu avec une nouvelle catégorie de matériaux révolutionnaire appelée topoconducteur, Majorana 1 marque une avancée structurante vers l’informatique quantique concrète.

Les ordinateurs quantiques promettent de révolutionner la science et la société – mais seulement lorsqu’ils atteindront une échelle autrefois considérée comme lointaine et insaisissable, et que leur fiabilité sera assurée par la correction des erreurs quantiques. Aujourd’hui, nous annonçons des avancées rapides en matière d’informatique quantique :

Majorana 1 : le premier Quantum Processing Unit (QPU) au monde alimenté par un coeur topologique, conçu pour accueillir jusqu’à un million de qubits sur une seule puce. 

Un qubit topologique protégé physiquement : l’article de recherche publié aujourd’hui dans Nature, ainsi que des données partagées cette semaine au cours de la présentation à Station Q, démontrent notre capacité à exploiter un nouveau type de matériau et à concevoir un type de qubit radicalement différent, petit, rapide et contrôlé numériquement. 

Une feuille de route matérielle pour aboutir à un calcul quantique fiable, c’est-à-dire notre trajectoire pour aller d’un matériel à un seul qubit jusqu’aux matrices permettant la correction des erreurs quantiques. 
Construction du premier prototype tolérant aux pannes (fault-tolerant prototype ou FTP) au monde basé sur des qubits topologiques : Microsoft construira le FTP d’un ordinateur quantique évolutif d’ici quelques années, et non des décennies, dans le cadre de la phase finale du programme DARPA US2QC.