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

Nederlandse antenne op Chinese satelliet mee naar de maan

Bijzondere NL antenne op Chinese satelliet mee naar de maan

Volgende week wordt een Nederlandse radioantenne op een Chinese satelliet gelanceerd naar de achterkant van de maan. Het gaat om een radioantenne die speciaal is gemaakt om de zwakke radiosignalen uit het heel vroege…

Supergeleider kabel in Enschede te kostbaar

Supergeleider kabel in Enschede te kostbaar

Het afgelopen jaar heeft TenneT onderzoek gedaan naar de mogelijkheden voor de aanleg van een 3,4 kilometer lange supergeleidende kabel in Enschede. Hoewel het bedrijf al rekening hield met een hogere prijs dan bij een…

Subsidie voor project rond robots met 'soft touch'

Subsidie voor project rond robots met 'soft touch'

Vijf onderzoeksprojecten krijgen in totaal 22 miljoen euro subsidie van de 4TU.Federatie, een samenwerkingsverband op het gebied van wetenschappelijk onderzoek van de TU Delft, TU Eindhoven, Universiteit Twente en…

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

Product van de maand

RSS
Pilz lichtschermen geschikt voor de hoogste veiligheidscategorieën

PSENopt II lichtschermen zijn de eerste type 3 lichtschermen van Pilz en bieden hand- en vingerbescherming in PL...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

30 mei 2018, Krimpen aan den IJssel

LTE-M Seminar

Top Electronics, KPN en Quectel houden een seminar over LTE-M.

30 mei 2018, Veldhoven, Koningshof

Materials 2018

Vakbeurs en congres

4 juni 2018, Eindhoven

Dutch Technology Week

Tijdens de Dutch Technology Week (DTW) worden wonderlijke en innovatieve technologieverhalen verteld.

Meer agendapunten »