En kwantumtransistoren maken we van… germanium!

De onderzoekers publiceerden de resultaten in Nature.

Met de ontwikkeling van de kwantumcomputer, die potentieel ongekende mogelijkheden heeft, lijkt het de laatste tijd erg hard te gaan. De bouwstenen voor zo’n computer zijn zogenoemde kwantumbits. De afgelopen twee decennia hebben onderzoekers over de hele wereld verschillende bestaande en nieuwe systemen onderzocht om te fungeren als kwantumbits. Zo ook de transistoren; deze schakels zijn met miljarden tegelijk aanwezig op de chips van onze computers, telefoons en televisies.

Germanium

"We werken al langer met transistoren als de bouwstenen voor een kwantumcomputer", zegt eerste auteur Nico Hendrickx. "Tot nu toe was het echter niet mogelijk om kwantumberekeningen uit te voeren met alleen transistoren. Er waren ook nog andere elementen nodig, en dit vormde een beperking voor de opschaling. Wij laten nu zien dat een enkele transistor wél als kwantumbit kan functioneren, door gebruik te maken van germanium."

1947

"De allereerste transistor uit 1947 was van germanium. De hele halfgeleiderrevolutie, en dus onze mobiele telefoons en alle andere elektronica, zouden in theorie dus gebaseerd kunnen zijn op germanium, in plaats van op silicium", zegt Veldhorst. "Het was ook in 1947 immers al bekend dat germanium eigenlijk betere eigenschappen heeft als halfgeleider dan silicium. Er bleken echter moeilijkheden in de fabricage en daardoor kon silicium hét materiaal worden van de halfgeleiderindustrie."

Platform

"Dat germanium een excellent materiaal zou kunnen zijn om kwantumbits te maken wisten we ook al langer, maar problemen in de fabricage stonden ook hier in de weg", aldus Hendrickx. "Deze problemen hebben we nu opgelost en daarna is het heel snel gegaan. In het artikel in Nature tonen we aan dat we betrouwbare en uiterst snelle kwantumberekeningen kunnen uitvoeren met germanium."
Germanium is hiermee in ruim één jaar tijd ontwikkeld van een materiaal waarmee stabiel gebouwd kan worden, naar een platform waarop kwantumberekeningen uitgevoerd worden. Veldhorst: "Deze ontwikkeling is ongekend snel en dat is uiterst belovend op de weg naar een functionele kwantumcomputer."

Leidende partij

Inmiddels zijn overal ter wereld onderzoeksgroepen bezig met de ontwikkeling van germanium als materiaal voor kwantumbits. "QuTech is snel geweest met de ontwikkeling van germanium kwantumtechnologie en we zijn optimistisch over de mogelijkheden voor verdere opschaling. Daarnaast kijken we al hoe we kunnen samenwerken met partners uit de industrie, waarbij het grote voordeel is dat onze methodes goed aansluiten bij de bestaande technologie."