Détection ultrarapide par qubits volants électroniques et de Majorana // ULTRAFAST SENSING BY ELECTRON AND MAJORANA FLYING QUBITS

Une voie émergente pour l’information quantique consiste à utiliser des charges électroniques volantes, comme les excitations électroniques, en tant que qubits.
Ces qubits volants présentent un avantage majeur : l’interaction de Coulomb intrinsèque, permettant des portes logiques à deux qubits et des applications en détection quantique.
Par rapport aux qubits photoniques, ils offrent donc un levier naturel pour dépasser certaines limitations fondamentales.
Leur principal inconvénient réside dans la décohérence rapide, mais cette difficulté peut être atténuée en opérant à des échelles ultrarapides, de l’ordre de la picoseconde.
Une stratégie supplémentaire consiste à exploiter la protection topologique apportée par les modes de Majorana, quasi-particules non-Abéliennes insensibles aux perturbations locales.
Jusqu’ici, la majorité des travaux se sont concentrés sur des modes 0D localisés (aux extrémités de nanofils supraconducteurs), sans démonstrations expérimentales concluantes.
Notre projet de thèse propose une approche nouvelle, fondée sur les modes de Majorana chiraux 1D, constituant une voie vers des qubits volants protégés topologiquement.
L’ambition est de bâtir une plateforme inédite de calcul et de détection quantiques.
Cette plateforme exploitera le graphène multicouche, où peuvent être combinés effet Hall quantique anormal, supraconductivité et modes de Majorana chiraux.

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An emerging pathway for quantum information is the use of flying electronic charges, such as single-electron excitations, as qubits.
These flying qubits present a key advantage: their intrinsic Coulomb interaction, which enables deterministic two-qubit gates and applications in quantum sensing.
Compared to photonic qubits, they therefore provide a natural means to overcome certain fundamental limitations.
Their main drawback lies in rapid decoherence, but this challenge can be mitigated by operating at ultrafast timescales, on the order of a picosecond.
An additional strategy involves exploiting the topological protection provided by Majorana modes, non-Abelian quasiparticles that are insensitive to local perturbations.
So far, most research has focused on localized 0D modes (at the ends of superconducting nanowires), with no conclusive experimental demonstrations.
This project proposes a new approach based on 1D chiral Majorana modes, offering a pathway toward topologically protected flying qubits.
The ambition is to establish a novel platform for quantum computing and quantum sensing.
This platform will exploit engineered multilayer graphene, combining the quantum anomalous Hall effect, superconductivity, and chiral Majorana modes.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé
Laboratoire : Groupe Nano-Electronique
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Physique en Île-de-France (EDPIF)
Directeur de thèse : Roulleau Preden
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRAMIS/SPEC/GNE
URL : https://iramis.cea.fr/spec/gne/
URL : https://iramis.cea.fr/spec/gne/pisp/preden-roulleau/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut rayonnement et matière de Saclay
Service : Service de Physique de l’Etat Condensé

Grandes Ecoles ou Universités