17 feb. 1999
1 minuut
Een uitdaging bij het bouwen van een toekomstige kwantumcomputer is het ontwikkelen van kwantumbits (qubits) die zowel schaalbaar als robuust zijn. Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en University of Wisconsin hebben het bestaan aangetoond van een langlevende kwantumbit in silicium, het meest gebruikte materiaal van de hedendaagse halfgeleiderindustrie. Dit deels door FOM gefinancierde onderzoek is op 10 augustus 2014 gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
Een kwantumcomputer kan vraagstukken oplossen waarvoor zelfs supercomputers tekortschieten. Een grote uitdaging hierbij is het feit dat kwantumbits gemakkelijk worden verstoord door de geringste invloeden in hun omgeving. Veel energie wordt daarom gestoken in de ontwikkeling van kwantumbits in een omgeving die extreem rustig is.
Spin
Een kwantumbit wordt gevormd door het minuscule magnetische moment van een elektron, ofwel de ‘spin’. Bij voorgaande experimenten met qubits in halfgeleiders werd de kwantumbit sterk beïnvloed door de aanwezigheid van vele andere spins in de omgeving, waardoor de elektron-spin snel vervalt en de qubit nutteloos wordt. Deze andere spins waren gebonden aan de atoomkernen in het materiaal waarin de elektron-spin zat opgesloten. In silicium komt bij slechts 5% van alle atoomkernen spin voor, de verwachting is dat daardoor de verstoring van de kwantumbit veel kleiner is.
100x langer leven
De onderzoekers uit Delft en Wisconsin toonden aan dat elektronspin in silicium bijna 100 keer langer standhield vergeleken met eerdere experimenten met het tot dan toe meest gebruikte materiaal (Gallium arsenide). Waar voorheen de spintoestand ongeveer 10 nanoseconde bleef bestaan, hebben de onderzoekers met een qubit in silicium de levensduur van de spin gerekt tot 1 microseconde. Dit lijkt kort, maar als de berekeningen uitgevoerd kunnen worden in die tijd is 1 microseconde lang genoeg.
Toekomst van kwantumbits
Deze resultaten versterken het vertrouwen in de toekomst van kwantumbits in halfgeleiders. Verdere verbeteringen in de levensduur van kwantumbits zijn mogelijk als het silicium zodanig wordt gezuiverd dat er alleen atomen zonder kernspin overblijven. Silicium is compatibel met de meest voorkomende halfgeleidertechniek (CMOS) die nu gebruikt wordt in allerlei verschillende apparatuur. Omdat de techniek al bestaat zal de integratie van kwantumbits veel sneller gaan.
Anderen lazen ook
