EO

Kwantumnetwerk op basis van micromechanische balkjes

07 mei 2018 om 08:48 uur

Artist’s impression van twee mechanische oscillatoren die in een verstrengelde kwantumtoestand zijn gebracht door een lichtveld in een optische interferometer. De twee systemen vertonen sterkere correlaties dan de klassieke fysica kan verklaren. Dit verschijnsel wordt vaak ‘spookachtige actie op afstand’ genoemd. Deze demonstratie van verstrengeling tussen geconstrueerde systemen zou kunnen helpen om op directe wijze een kwantumnetwerk te realiseren. Beeld: Moritz Forsch, TU Delft.

De afgelopen jaren zijn nanogefabriceerde mechanische oscillatoren naar voren gekomen als veelbelovend platform voor toepassingen van kwantuminformatie. Wanneer kwantumverstrengeling van geconstrueerde optomechanische resonatoren gerealiseerd zou kunnen worden, zou dit een sleutel tot schaalbare kwantumnetwerken kunnen zijn. Onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Wenen hebben deze verstrengeling inmiddels waargenomen.


Trillingen gedragen zich als golven, maar volgens de kwantummechanica bestaat deze beweging ook uit piepkleine discrete energiepakketjes, de fononen. In september 2017 demonstreerde het team van onderzoekers van de TU Delft en de Universiteit van Wenen met behulp van laserpulsen al een nieuw niveau van kwantumbesturing over deze trillingen. Ze creëerden individuele fononexcitaties en bevestigden daarmee het fundamentele deeltjeskarakter van de trillingen. Het maken en verifiëren van deze afzonderlijke fononen was een belangrijke stap in de richting van volledige optische kwantumbesturing van mechanische beweging.

 

Verstrengeling tussen resonatoren

Nu hebben ze een belangrijke volgende stap gezet: ze hebben verstrengeling gecreëerd tussen twee micromechanische resonatoren met ‘telecomfotonen' als medium. Verstrengeling is de beroemde ‘spookachtige actie op afstand' tussen twee objecten die alleen kan worden verklaard met kwantumtheorie. "Verstrengeling is cruciaal voor kwantumcommunicatienetwerken", zegt professor Simon Gröblacher van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft. "Met name belangrijk is de mogelijkheid om verstrengeling te verdelen tussen kwantumgeheugens op afstand. Eerder zijn hiervoor bijvoorbeeld in holtes ingebedde atomen gebruikt, maar wij introduceren hier een geheel nanogefabriceerd halfgeleiderplatform in de vorm van op chips gebaseerde microresonatoren: kleine siliconenbalkjes die tegelijkertijd licht en trillingen insluiten. Door de besturing van afzonderlijke mechanische kwanta uit te breiden naar meerdere apparaten, laten we zien dat er verstrengeling optreedt tussen dergelijke micromechanische apparaten op twee chips op 20 cm afstand van elkaar."

 

Veelbelovend platform

De gebruikte apparaten bestaan uit siliciumbalkjes op micrometerschaal. Ze zijn in een zodanig patroon gevormd dat trillingen kunnen worden ‘geschreven' op laserpulsen die erdoorheen gaan, en omgekeerd. De trillende balkjes bestaan elk uit acht miljard atomen, hebben de grootte van een kleine cel en zijn daardoor goed te zien met een vergrootglas of microscoop. "Nanogefabriceerde optomechanische apparaten vormen een veelbelovend platform voor geïntegreerde kwantuminformatieverwerking met fononen, omdat de parameters van het systeem, zoals de golflengte voor optische conversie en de kwantumgeheugentijd, bij het ontwerp naar wens kunnen worden aangepast. Zo kozen we bij het apparaat bewust voor een optische golflengte in de telecommunicatiebandbreedte, die meestal wordt gebruikt bij de distributie van breedbandinternet.

 

Daarmee tonen we aan dat kwantumnetwerken kunnen worden geconstrueerd met behulp van alleen conventionele glasvezel in combinatie met onze apparaten", zegt doctor Sungkun Hong van de Universiteit van Wenen. Een ander belangrijk voordeel is dat de apparaten in deze netwerken samen met andere halfgeleiderkwantumsystemen op een chip kunnen worden geïntegreerd. De onderzoekers verwachten bijvoorbeeld dat hun apparaten kunnen worden gecombineerd met supergeleidende kwantumschakelingen en kunnen worden gebruikt als ‘kwantum-ethernetpoorten' die kwantuminformatie tussen de schakelingen en de optische signalen overbrengen.

 

Echte kwantumtoepassingen

"De volgende stap is de bouw van een netwerk dat uit meer balkjes bestaat en dat werkt op een afstand van honderden meters, misschien zelfs enkele kilometers. Zo zouden we dichter bij de verwezenlijking van een systeem komen dat kan worden gebruikt voor echte kwantumtoepassingen", zegt professor Gröblacher. "We zien geen fundamentele obstakels om deze stappen de komende paar jaar te kunnen zetten."

 

Gerelateerd nieuws

Dunne filmzonnecellen in autowegen, fietspaden, vangrails en geluidschermen

Dunne filmzonnecellen in autowegen, fietspaden, vangrails en geluidschermen

Je zou zeggen dat de weg een hele slechte plek is voor zonnecellen. Ze krijgen daar immers te maken met vervuiling, hoge druk, wrijving, en - schaduwwerpend– verkeer. Toch is er een sterke wens om het wegdek in te…

Snelle en zuinige dataopslag met licht ‘doorbraak naar toekomstig fotonisch geheugen’

Snelle en zuinige dataopslag met licht ‘doorbraak naar toekomstig fotonisch geheugen’

Datacenters maken gebruik van magnetische harde schijven, maar daarmee kost het versturen van informatie veel energie. Licht is de meest energie-efficiënte manier om informatie mee te verzenden. Het is alleen niet…

In drie uur van Amsterdam naar Sydney

In drie uur van Amsterdam naar Sydney

Een hypersonisch vliegtuig kan acht keer sneller dan het geluid en tien keer sneller dan een hedendaags passagiersvliegtuig. Daarmee vlieg je in drie uur naar Australië. Deze vliegtuigen vliegen in de stratosfeer, waar…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

16 januari 2019, Veldhoven

Thermische analyse

Thermische analysetechnieken (zoals TGA, DTA, (MT)DSC, micro-calorimetrie, hoge snelheidscalorimetrie,...

17 januari 2019, Breda

1-daagse training ATEX 114

In deze training staat de ATEX Productrichtlijn centraal. De Richtlijn 2014/34/EU (beter bekend als de...

Meer agendapunten »