17 feb. 1999
2 minuten
Wetenschappers van de TU Delft en de Stichting FOM zijn erin geslaagd elektronen tussen ver van elkaar afgelegen kwantum dots heen en weer te laten springen. Het elektron sprong daarbij tussen de uiteinden van een keten van drie kleine halfgeleider-eilanden (de zogeheten kwantum dots), zonder dat het elektron het middelste eiland doorkruiste. Dit proces maakt het gemakkelijker kwantum dots te gebruiken in toekomstige quantumcomputers.
Kwantum dots zijn halfgeleiderstructuren met afmetingen van slechts nanometers, waarin elektronen kunnen worden opgesloten. Dat opsluiten gebeurt met behulp van negatieve spanning op metalen elektroden. Door deze spanning nauwkeurig in te stellen, is het mogelijk om elektronen al dan niet heen en weer te laten springen tussen naburige kwantum dots. Deze mogelijkheid is uitgebreid benut in experimenten de afgelopen 15 jaar en vormt de basis voor kwantum-rekenen met kwantum dots.
Onzekerheidsprincipe
In het nieuwe experiment met drie naast elkaar gelegen kwantum dots stelden de wetenschappers de spanning zo in dat de middelste kwantum dot niet toegankelijk was voor elektronen. Tot hun verrassing ontdekten de Delftse wetenschappers, geleid door prof.dr.ir. Lieven Vandersypen, dat een elektron toch op de linker dot kon verdwijnen, om vervolgens op de rechter dot te verschijnen. Dat is mogelijk vanwege het Heisenberg-onzekerheidsprincipe, dat stelt dat energie en tijd niet tegelijk bepaald kunnen zijn. Het onderzoeksteam toonde ook aan dat dit proces superposities kan genereren: het elektron bevindt zich dan gelijktijdig zowel in de eerste als in de derde kwantum dot. "Dit betekent dat de interessante fysische verschijnselen die we zien bij naburige kwantum dots ook in kwantum dots die verder weg liggen blijken af te spelen", zegt promovendus Floris Braakman, MSc.
Opschaling gemakkelijker
De bevindingen hebben gevolgen voor het gebruik van een toekomstige soort kwantumcomputer die is gebaseerd op kwantum dots. Om te rekenen met zo’n computer moeten paren van elektronen dicht bij elkaar kunnen worden gebracht. Voorheen kon dit alleen tussen naburige kwantum dots. Nu blijkt dat elektronen op gescheiden kwantum dots ook bijeen gebracht kunnen worden, is de opschaling naar grotere ketens van kwantum dots veel gemakkelijker. Dat maakt het mogelijk om met een kwantum dot-computer complexere berekeningen te doen. De vondst maakt het ook mogelijk om het gedrag van bepaalde moleculen, waarin dezelfde transportverschijnselen van elektronen kunnen plaatsvinden, te onderzoeken en simuleren met behulp van kwantum dot-ketens.
De onderzoekers publiceerden hun bevindingen op 28 april online, in het vooraanstaande tijdschrift Nature Nanotechnology.
‘Long-distance coherent coupling in a quantum dot array’, F. R. Braakman, P. Barthelemy, C. Reichl, W. Wegscheider en L. M. K. Vandersypen. Nature Nanotechnology, mei 2013, DOI: 10.1038/NNANO.2013.67
Anderen lazen ook
