Nieuwe bouwsteen voor quantumcomputer

Nieuws | de redactie

15 oktober 2014 | Het in Delft ontdekte Majorana-deeltje kan een bouwsteen zijn voor de quantumbits die een quantumcomputer mogelijk maken. Onderzoekers in Sydney hebben nu met silicium een quantumbit ontwikkeld die een doorbraak kan betekenen in de ontwikkeling van zo’n computer.

Onderzoekers van de University of South Wales, waaronder Rubicon-onderzoeker Menno Veldhorst, ontwikkelde de quantumbit (qubit) met dezelfde technieken als waarmee transistors voor computers worden gebouwd. Dat is een unicum en maakt het wellicht mogelijk om de gewenste opschaling te bereiken. Op een enkele chip van een computer zitten namelijk al meer dan een miljard transistors.  

Nauwkeuriger en duurzamer 

Wat tevens nieuw is aan de ontdekking van het team waar Veldhorst deel van uitmaakt is dat de door hun ontwikkelde qubit recordprestaties levert op het gebied van nauwkeurigheid en levensduur.

Het voor de quantumcomputer gewenste quantumapparaat wordt gemaakt door een patroon van aluminium nanostructuren aan te brengen op silicium. Net als bij een transistor wordt spanning aangebracht op de aluminium lagen. Zo ontstaat een quantumdot die een enkele elektron kan lokaliseren. De quantumdot is een soort quantumdoosje waarin de elektron is opgesloten. 

De spin van deze elektron geeft de staat van de qubit weer en het lukte de onderzoekers om met microgolfpulsen de spin in elke gewenste richting te zetten. Hoewel dit al eerder gedaan is met kwantumdoosjes, opereerden alle voorgaande kwantumbits in de aanwezigheid van andere spins die gebonden waren aan de atoomkernen van de halfgeleider. Deze kernspinnen beperkten de werkingsnauwkeurigheid en de bijbehorende levensduur van de qubit.

Silicium als uniek materiaal 

Om een kwantumcomputer succesvol te kunnen gebruiken is het van essentieel belang dat de frequentie van fouten bij het gebruik van de qubits onder de 1% ligt, zodat er zogeheten kwantum-foutencorrectie kan worden toegepast. Silicium is een uitzonderlijk materiaal, omdat het kan worden gezuiverd tot het isotoop silicium-28, waarin bijna geen enkele kernspinnen overblijven. 

De onderzoekers toonden aan dat na de isotopische zuivering de qubit bijna 30 milliseconden gebruikt kon worden, meer dan twee ordes van grootte langer dan enig ander kwantumdot qubit dat in het verleden gemaakt is. Daardoor daalde de frequentie van fouten van de qubit tot een waarde van slechts 0,4%. Het realiseren van qubits via een conventionele methode waarop foutencorrectie kan worden toegepast is een belangrijke stap in de richting van een wereld met kwantumberekeningen.