Fermions de Jackiw-Rebbi dans une chaîne topologique synthétique – STOIC

Les excitations topologiques apparaissent à l'interface entre des phases de matière de différentes classes topologiques. Comme elles héritent de la résilience mathématique au désordre de la phase topologique qui les supporte, elles sont intéressantes pour construire des bits quantiques très cohérents et robustes au désordre local. Les quasi-particules topologiques hébergées dans ces phases topologique possèdent généralement des propriétés exotiques qui sous-tendent une physique nouvelle, ce qui les rend extrêmement intéressantes à étudier pour des perspectives purement fondamentales. Actuellement, les excitations topologiques les plus activement recherchées sont les Majorana qui devraient présenter une dualité particule/antiparticule et une statistique d'échange non abélienne. Malgré des années d'efforts, les signatures de leur présence dans les dispositifs étudiés restent insaisissables et aucun qubit topologique n'a été réalisé. Le projet STOIC propose un changement radical dans l'investigation expérimentale des phases topologiques en modifiant l'approche générale.
En effet, une chaîne dont les paramètres locaux des sites peuvent être contrôlés individuellement constitue le système le plus simple dans lequel une phase topologique peut émerger. La modulation du couplage tunnel dans un conducteur 1D émule le modèle SSH dans lequel des fermions de Jackiw-Rebbi ayant une charge fractionnaire et un caractère non-abelien devraient émerger. Le projet STOIC propose de réaliser des modes fractionnaires de Jackiw-Rebbi dans un nanotube de carbone ultra-propre, le plus proche d'un conducteur 1D idéal, déposé sur un réseau d'électrodes de grille qui peuvent contrôler localement le terme de saut entre sites voisins. La charge fractionnaire sera mesurée en exploitant le couplage capacitif à une cavité micro-ondes dans une architecture cQED pour révéler l'existence de fermions Jackiw-Rebbi. Le projet STOIC ouvrira une nouvelle voie pour l'étude des phases topologiques.