17 feb. 1999
2 minuten
De ongekende mogelijkheden van kwantumcomputers worden vooralsnog beperkt doordat informatie-uitwisseling tussen de bits in zo’n computer moeizaam is, vooral over grotere afstanden. Het is FOM-werkgroepleider Lieven Vandersypen en zijn collega’s binnen het Qutech research center en het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen (TU Delft) voor het eerst gelukt om twee niet-naburige kwantumbits in de vorm van elektronspins in halfgeleiders met elkaar te laten praten.
Informatie-uitwisseling is iets waar we nauwelijks nog bij stilstaan. Mensen communiceren voortdurend via e-mails, whatsappjes en telefoontjes. In feite zijn het de bits in verschillende computers die dan met elkaar praten. "Voor een gewone computer is dat geen enkel probleem", zegt prof.dr.ir. Lieven Vandersypen. "Maar voor een kwantumcomputer – die in potentie vele malen sneller is dan de huidige computers – is juist die informatie-uitwisseling tussen de kwantumbits erg ingewikkeld, vooral over langere afstanden."
Elektronen praten met elkaar
Binnen Vandersypens onderzoeksgroep hebben promovendus Tim Baart en postdoc Takafumi Fujita zich beziggehouden met communicatie tussen kwantumbits. Elke bit bestaat uit een enkel elektron met een spinrichting (spin-up = ‘0’ en spin-down = ‘1’). "Uit eerder onderzoek was bekend dat twee naburige elektronspins met elkaar kunnen interacteren, maar deze interactie nam sterk af met hun onderlinge afstand", vertelt Baart. "Ons is het nu voor het eerst gelukt om twee niet-naburige elektronen met elkaar te laten praten. Daarvoor hebben we een kwantumonderhandelaar gebruikt: een object dat de informatie tussen de twee spins op grotere afstand kan uitwisselen."
Onderhandelaar
Baart en Fujita positioneerden de elektronen in zogenoemde kwantumdots, waar ze op hun plaats worden gehouden door een elektrisch veld. Tussen de twee bezette kwantumdots zit een lege kwantumdot die een energiebarrière kan vormen tussen de beide spins. "We kunnen het elektrisch veld rond de lege kwantumdot zo instellen dat de elektronen hun spininformatie gaan uitwisselen, via het zogenoemde super-exchangemechanisme: als we de energiebarrière verlagen, verwisselt de spininformatie van plaats", zegt Baart. "Zo maakt de lege kwantumdot als een soort onderhandelaar interactie mogelijk tussen de kwantumbits. Die interactie kunnen we bovendien naar wens aan- of uitzetten."
Snelle kwantumcomputer
Het onderzoek van Vandersypen en Baart vormt een belangrijke stap in het bouwen van een grotere kwantumcomputer waarin de communicatie tussen kwantumbits over grote afstanden essentieel is. Nu het principe van deze kwantumonderhandelaar in de praktijk is aangetoond, willen de onderzoekers de afstand tussen elektronspins vergroten en tevens andere typen ‘onderhandelaars’ plaatsen tussen de kwantumbits.
Tim Baart promoveerde op 23 mei 2016 op onder andere deze technologie. Zijn onderzoek werd gefinancierd door het NWO Graduate Program. Voor de fabricage van de chip hebben de Delftse onderzoekers nauw samengewerkt met de ETH in Zürich.
Coherent spin-exchange via a quantum mediator, Timothy Alexander Baart, Takafumi Fujita, Christian Reich, Werner Wegscheider & Lieven Mark Koenraad Vandersypen, Nature Nanotechnology, 10 oktober 2016. DOI: 10.1038/nnano.2016.188
Anderen lazen ook
