Quantumcomputer stap dichterbij

Om een quantumbit te maken wordt een elektron in een halfgeleidermateriaal opgesloten in een ‘quantum dot’, een soort elektrische val voor het elektron. Een elektron bezit niet alleen elektrische lading, maar gedraagt zich ook als een ultraklein magneetje. Dit wordt veroorzaakt door het rondtollen van het elektron rond zijn eigen as, ook wel spin genaamd. In 2004 waren de Delftse onderzoekers er al in geslaagd om een enkel elektron op te sluiten en de richting van zijn spin uit te lezen. Vorig jaar slaagde een groep in Harvard erin om de verstrengeling (de quantummechanische koppeling) van twee elektronen onder controle te krijgen.

De laatste stap naar een echte quantumbit, de mogelijkheid een enkele elektronspin te kunnen draaien, bleef echter lang onbereikbaar. De draaiing van de spin wordt namelijk gerealiseerd door een zeer snel variërend magnetisch veld gedurende enkele miljardsten van een seconde aan en uit te schakelen. De verstorende bijeffecten van een plaatselijk opgewekt magnetisch veld maakten het lastig om het elektron tegelijkertijd te draaien en toch gevangen te houden.

Het Kavli Instituut voor Nanoscience van de TU Delft heeft deze verstoringen weten te omzeilen door naast het elektron nog een tweede elektron op te sluiten en dit te gebruiken voor de uitlezing van de spinrichting van het eerste elektron. Een basisprincipe van de quantummechanica zegt namelijk dat twee elektronen met gelijkgerichte spins niet bij elkaar kunnen verblijven en twee elektronen met verschillend gerichte spins wel. Door steeds na de draaiing van de spin te kijken of twee elektronen die zijn opgesloten in twee naburige quantum dots bij elkaar kunnen verblijven of niet, kan worden bepaald of de spinrichting is gewijzigd.