L’informatique quantique devient un sujet important dans lequel de grands acteurs, tels que IBM, Google, Intel ou Microsoft s’engagent. L’objectif de l’ordinateur quantique n’est pas simplement d’aller plus vite que l’ordinateur traditionnel. Il servira à résoudre des problèmes inaccessibles aux ordinateurs classiques. Il s’agira de traiter des problèmes de nature exponentielle dont la complexité augmente exponentiellement avec la quantité de données à traiter. La brique de base des ordinateurs quantiques sont les Qubits. A ce jour plusieurs pistes sont explorées pour la fabrication de ces qubits, parmi les plus citées : les supraconducteurs, les ions piégés, les CMOS, les isolants topologiques, les cavités de diamants. L’objet de cette collaboration se base sur la piste la plus prometteuse des supraconducteurs. La croissance de ces matériaux avancés, tel que les supraconducteurs s’effectue à très basse température (température cryogénique) et de les combiner à des isolants topologiques, ou des structures de type III-V ayant été auparavant épitaxiés à haute température.

Durant les 10 dernières années, les recherches concernant les matériaux Topologiques ont attiré tout particulièrement l’attention de la communauté scientifique grâce à leurs propriétés exceptionnelles. Dans de tels systèmes, les états électroniques de surface sont protégés Topologiquement de leur environnement, ce qui en fait une base idéale pour la réalisation de composants Quantiques. Dans leur article pionnier, Kane et Mele ont proposés l’existence d’Isolants Topologiques (IT)¹, qui présentent un cœur isolant et des états de surface métalliques topologiquement protégés. Les premières expériences démontrant ces propriétés sont basées sur des couches 2D d’HgTe² et des cristaux 3D d’antimoniure de bismuth³.

Malgré des avancées récentes, leur intégration sur les standards industriels (Silicium, GaAs) reste marginale et représente une étape cruciale pour de futur composants Spintroniques ou Ordinateurs Quantiques. Nous étudions donc l’intégration de la famille Bi_wSb_xTe_ySe_z sur GaAs et Silicium ainsi que l’épitaxie cryogénique de supraconducteurs sur ces ITs.

1. Kane, C. L. & Mele, E. J. $Z_2$ Topological Order and the Quantum Spin Hall Effect. Phys Rev Lett 95, 146802 (2005).

2. Bernevig, B. A., Hughes, T. L. & Zhang, S.-C. Quantum Spin Hall Effect and Topological Phase Transition in HgTe Quantum Wells. Science 314, 1757 (2006).

3. Hsieh, D. et al. A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase. Nature 452, 970–974 (2008).