Categories: Actueel

Wetenschappers doorbreken monopolie aluminium

Tot op heden kon dat uitsluitend in aluminium, wat voor majorana-qubits onbruikbaar materiaal is. Dit geeft onderzoekers een manier om toekomstige majorana-qubits, waarbij de informatie vastligt in deze zogenaamde ‘parity’, te kunnen uitlezen.

Qubits

Qubits bevatten net als gewone bits informatie. In het geval van gewone bits is dat 0 of 1, maar een qubit heeft volgens de wetten van de kwantummechanica de mogelijkheid om zowel 0 en 1 tegelijk te zijn. Dit maakt het mogelijk bepaalde rekensommen razendsnel op te lossen, berekeningen die zelfs met de beste supercomputers eeuwen zouden duren. Verschillende onderzoeksgroepen en bedrijven over de hele wereld werken momenteel aan het ontwikkelen van een prototype voor zo’n krachtige kwantumcomputer, waaronder QuTech van de TU Delft.

Majorana

Een kansrijke kandidaat om het hart van zo’n kwantumcomputer te vormen zijn qubits gebaseerd op Majorana’s. Tot nu toe was een groot probleem voor de wetenschappers hoe ze zo’n qubit moesten uitlezen. Daarvoor moesten ze kunnen meten of de qubit uit een even of oneven aantal deeltjes bestaat, in jargon: parity. Parity meten kunnen wetenschappers al dertig jaar, maar opmerkelijk genoeg lukt dat uitsluitend in het metaal aluminium. En dat is voor de Majorana-onderzoekers een groot probleem, want om Majorana’s te laten ontstaan is supergeleidend materiaal nodig dat bestand is tegen een sterk magneetveld en dat is aluminium niet. Voor een Majorana-qubit is aluminium als basismateriaal volledig ongeschikt .

Alternatief voor aluminium

Voor het eerst zijn wetenschappers van de TU Delft er in geslaagd om ‘parity’ te meten in een ander materiaal: niobiumtitaniumnitride (NbTiN). Dat materiaal heeft de bijzondere eigenschap dat het supergeleidend is, maar vooral dat het ongevoelig is voor de sterke magneetvelden die nodig zijn voor Majorana-paren te creëren . "Het mooie is ook dat we in dit materiaal niet alleen kunnen meten of er een even of oneven aantal elektronen in zit, we kunnen een bepaalde toestand, bijvoorbeeld ‘even’, ook een minuut lang gecontroleerd in stand houden", vertelt David van Woerkom van het QuTech instituut van de TU Delft. "In ons vak werken we met micro- of zelfs nanosecondes, dus een minuut is zowat een eeuwigheid".

Quasi-deeltjes

Majorana’s zijn een bijzonder soort (quasi-)deeltjes: alle deeltjeseigenschappen ervan zijn nul. Het deeltje is daarmee zijn eigen antideeltje. Een Majorana-paar is bovendien ongevoelig voor lokale veranderingen van zijn omgeving, waardoor het een veelbelovende kandidaat is om stabiele qubits mee te bouwen. Het deeltje werd al in de jaren dertig van de vorige eeuw voorspeld door de op mysterieuze wijze verdwenen jonge Italiaanse wetenschapper Ettore Majorana. In 2012 werd de Majorana voor het eerst aangetoond door de onderzoeksgroep van Leo Kouwenhoven in Delft.

Quantum Technology instituut

Het QuTech instituut dat werkt aan de ontwikkeling van de kwantumcomputer, is opgezet door de TU Delft en TNO. Voor dit onderzoek hebben de QuTech wetenschappers samengewerkt met FOM en Microsoft Station Q. Het instituut kreeg in 2014 van de Nederlandse overheid de status van ‘Nationaal Icoon’.

Links:

Redactie Engineersonline