Vlaamse optimist

‘Mijn hoop en verwachting zijn dat die zin voor avontuur en die nieuwsgierigheid naar het onbekende zullen leiden tot onverwachte doorbraken en nieuwe technologieën.’ Honderd jaar na het ontstaan van de kwantumtheorie zijn er concrete ideeën hoe we de theorie kunnen aanwenden voor nieuwe technologie. In de kwantumwereld kunnen twee elektronen namelijk met elkaar verstrengeld zijn, waardoor een meting van het ene elektron ogenblikkelijk de toestand van het andere elektron vastlegt, en omgekeerd. Deze eigenschap vormt de basis voor totaal nieuwe toekomstige toepassingen, zoals de supersnelle kwantumcomputer.

Tijdens zijn promotie-onderzoek aan de Stanford Universiteit realiseerde Vandersypen een van de eerste kwantumberekeningen en ook de meest complexe kwantumberekening tot nu toe. Van een werkende kwantumcomputer zijn we volgens alle deskundigen echter nog ver verwijderd. Vandersypen deelt de scepsis van sommigen van zijn vakgenoten niet: ‘Als we het echt willen, kunnen we een kwantumcomputer bouwen.’

Qubit

De eerste schakel van de toekomstige kwantumcomputer is er dan ook al, de zogenaamde qubit. In een gewone computer stelt een bit de kleinste schakelaar voor, die aan staat of uit, ofwel een 0 of een 1. In een kwantumcomputer stellen de qubits zowel de 0 als de 1 tegelijk voor. Door deze eigenschap kunnen we veel sneller rekenen met kwantumdeeltjes dan mogelijk is met gewone bits. Pas als duizenden van deze qubits achter elkaar kunnen worden geschakeld, is de kwantumcomputer echt klaar.


Vandersypen: ‘In de voorbije jaren hebben we in Delft alle bouwstenen voor een kwantumcomputer gerealiseerd. Het is inmiddels routine om één enkel elektron op te sluiten in een kwantumdoosje (kwantumdot), en een tweede elektron in het doosje ernaast.’ De TU Delft kan als enige de spin van één elektron uitlezen. De spin van een elektron is simpel gezegd de draairichting van het elektron, die in een qubit de toestand ‘0’ of ‘1’ voorstelt. Verder is de TU nog steeds de enige die de spin van een elektron op een gecontroleerde manier kan laten ronddraaien. ‘Dankzij deze serie experimenten zijn we nu op het punt dat het mogelijk wordt om elektronspins op een gecontroleerde manier met elkaar te verstrengelen. Dit willen we experimenteel laten zien, en erop voortbouwen door de verstrengeling te gebruiken in demonstratie-experimenten’, zegt Vandersypen.

Pionier

De Vlaming Lieven Vandersypen (Leuven, 1972) behoort nu al tot de wereldtop in zijn vakgebied. Hij heeft zeven publicaties in Nature en Science op zijn naam staan. Vandersypen, sinds 2001 werkzaam bij het Kavli Institute of Nanoscience Delft, is oorspronkelijk opgeleid als werktuigbouwkundige aan de KU Leuven.

Hij is een pionier in het bouwen van kwantumcomputers gebaseerd op spins. Aan de TU Delft heeft hij gewerkt aan doorbraken zoals de uitlezing en controle van individuele elektronspins in halfgeleider kwantumdots. Daarnaast werkt hij aan grafeen, een laag grafiet van 1 atoom dik. Dit materiaal biedt interessante nieuwe mogelijkheden voor de realisering van qubits.