EO

Utrechtse natuurkundigen zetten stap naar realiseren van qubits

24 september 2019 om 15:08 uur

Links: Schematische weergave van het gemaakte molecuul. De koolmonoxidemoleculen (zwart) dwingen de elektronen in bepaalde posities om een kunstmatige molecuul te creëren dat bestaat uit bulk- (groen), rand- (geel) en hoek- (blauw) atomen. Rechts: De elektronen in het molecuul lokaliseren in hoge pieken in de hoeken).

Een groep natuurkundigen in Utrecht, San Sebastián en Pennsylvania hebben een kunstmatig molecuul gecreëerd dat binnenin isoleert, terwijl in de hoeken elektronische toestanden gelokaliseerd zijn. Deze toestanden hebben nul energie en zijn hierdoor bestand tegen defecten in het molecuul. Daarom kunnen ze mogelijk als qubits in quantumcomputers worden gebruikt.


De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Materials. 

 

"Bij de ontwikkeling van kwantumcomputers komen een paar grote uitdagingen kijken. Een van de belangrijkste problemen is de zogenaamde kwantumdecoherentie: informatie gaat verloren in de omgeving. Hierdoor is het moeilijker om elektronica op kwantumniveau te ontwerpen dan op klassiek niveau. Daarom hebben we elektronen gecreëerd die bestand zijn tegen deze decoherentie," licht  Cristiane Morais Smith toe.

 

Kunstmatige moleculen maken

"Normale moleculen die je in de natuur aantreft hebben vaak interessante eigenschappen, maar het duurt lang voordat je er een vindt met precies die eigenschappen waar je naar op zoek bent. Daarom zijn we deze materie zelf gaan aanpakken," zegt theoretisch natuurkundige Sander Kempkes. De onderzoekers creëerden kunstmatige moleculen met uitsluitend een scanning tunneling-microscoop, een koperen plaatje en een aantal koolmonoxide moleculen, die op een afstand van 1 nanometer van elkaar werden geplaatst.

 

Donut

De onderzoekers slaagden erin om zeer robuuste hoektoestanden te creëren die door de symmetrieën van het zelfgemaakte molecuul worden beschermd. Je kunt het gat van een donut niet verwijderen, tenzij je hem doorsnijdt. Op dezelfde manier kun je deze hoektoestanden niet verwijderen zonder iets drastisch aan het systeem te veranderen. Wegens de extreem nauwkeurige en gecontroleerde manier waarop het molecuul op nanometerschaal is gecreëerd, zijn de onderzoekers erin geslaagd om te bevestigen dat de hoektoestanden tegen defecten bestand zijn. Hoewel deze toestanden nog niet klaar zijn voor het gebruik als qubits, is het een belangrijke stap in de richting van het creëren hiervan in kunstmatige systemen.

 

d

Kagome patroon in een gevlochten mand 

 

Japans patroon

De onderzoekers haalden hun inspiratie uit het zogenaamde kagome-patroon, een patroon uit Japan dat bestaat uit drie- en zeshoeken. Er bestaan materialen die deze specifieke vorm hebben, maar niet precies zoals de onderzoekers wilden. Om deze reden ontwierpen theoretische natuurkundigen een nieuw kagome-molecuul op de computer. Hierna hebben de experimentele natuurkundigen in het lab van Ingmar Swart en Daniel Vanmaekelbergh het molecuul op experimentele wijze weten te realiseren. Zij hadden dezelfde technieken al eerder gebruikt om elektronische roosters te maken in verband met supermaterialen en kwantumfractalen.

 

Muffinvorm

"Het manipuleren van een koolmonoxidemolecuul kun je zien als het verschuiven van de koningin op een schaakbord, maar dan op nanometerschaal en met een naald in plaats van met je vinger," aldus experimenteel natuurkundige Marlou Slot. De hele procedure is alsof je een omgekeerde muffinvorm (koningin) met de gewenste geometrie creëert voor de elektronen die rondzweven. De muffinvorm dwingt de elektronen in de vorm die de onderzoeker wil, klaar om te bakken en op te dienen. Alhoewel, we moeten het 'muffins bakken' hier niet te letterlijk nemen, want het proces vindt plaats bij -269 graden Celsius. Eet smakelijk!

 

Gerelateerd nieuws

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Solar Team Eindhoven, het team van de TU Eindhoven, heeft voor de vierde keer op rij de hoofdprijs gepakt in de Cruiser Class van de Bridgestone World Solar Challenge. Het team legde de ruim drieduizend kilometer lange…

AI ontwikkelt nieuw materiaal

AI ontwikkelt zelfstandig een nieuw materiaal (video)

Aan de TU Delft is een nieuw materiaal ontwikkeld zonder enig experimenteel onderzoek te doen. Het supersamendrukbare maar sterke materiaal werd ontworpen met behulp van uitsluitend AI. “Kunstmatige intelligentie geeft…

Intelligent, vormveranderend, zelfherstellend materiaal voor zachte robotica

Materiaal zonder hardware reageert op prikkels van buitenaf

Onderzoekers van Carnegie Mellon University hebben een zacht materiaal ontwikkeld dat zichzelf vervormt in reactie op invloeden van buitenaf. En dit zonder externe hardware. Dit biedt kansen op het gebied van zachte…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilig heksysteem PSENmlock

Het heksysteem PSENmlock biedt een veilige vergrendeling en veilige sluiting in slechts één product. De PSENmlock...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

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

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 oktober 2019, Eindhoven

Dutch Design Week

Ontwerpers presenteren hun werk op 100 locaties in Eindhoven

23 oktober 2019, Vianen

Praktijkdag Performance Level (PL) ISO 13849-1

Na de theoriedag PL/SIL of module 4: Ontwerpen besturingstechnische veiligheidsmaatregelen van de...

Meer agendapunten »