19 februari 2013
Het gat in de markt voor quantuminformatieoverdracht
Onderzoekers van de Stichting FOM, de TU Delft en de TU Eindhoven tonen met hun onderzoek aan dat niet alleen elekronen-spins, maar ook gaten-spins in halfgeleiders goede kandidaten zijn voor qubits, de informatiedragers in quantumcomputers. Zij slaagden er in de gaten-spins elektrisch te manipuleren. Hiermee vormen deze spins een nieuw, veelbelovend alternatief voor de minder stabiele elektronen-spins. Het onderzoek werd deze week online gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
afbeelding 1: Nanodraad
Microscopie afbeelding van een nanodraad die gebruikt is om de elektronen- en gaten-spins te onderzoeken.
Quantuminformatieoverdracht
De quantumcomputer heeft de potentie om in de toekomst veel snellere berekeningen mogelijk te maken. Hiervoor is een robuuste qubit, die snel manipuleerbaar is, essentieel. Elektronen en zogeheten ‘gaten’ (de afwezigheid van een elektron) hebben een magnetisch moment. Dit het magnetisch moment, de ‘spin’, van elektronen of gaten kan als qubit dienen. De twee mogelijke toestanden van de spin (omhoog of omlaag) worden hierbij gebruikt om quantuminformatie te coderen.
Vergelijking mogelijk
Tot nu toe richtte het meeste onderzoek zich op het gebruik van elektronen-spins als qubits, maar deze verliezen de opgeslagen informatie snel. De spins van gaten zijn potentieel stabieler, maar konden tot nu toe niet gemanipuleerd worden. De onderzoekers slaagden erin nanodraden te maken met zowel elektronen-spins als gaten-spins. Ze konden de beide type spins in de nanodraden volledig elektrisch omdraaien met microgolfstraling, en daarmee de toestand van de qubits veranderen. Dit maakt een vergelijking tussen elektronen-qubits en gaten-qubits mogelijk.
Elektron versus gat
De spin van een gat heeft verschillende voordelen ten opzichte van elektron-spins. Met de manipulatie van gaten-spin hebben de onderzoekers daarom een veelbelovend nieuw qubit-systeem ontwikkeld. “Gaten-spins hebben de potentie om quantuminformatie langer te behouden en sneller gemanipuleerd te worden,” aldus onderzoeker Vlad Pribiag. “Daarnaast zou het manipuleren van zowel gaten-spins als elektronen-spins de mogelijkheid kunnen bieden om quantuminformatie over grote afstanden uit te wisselen.”
Financiering
Het onderzoek is mede gefinancierd door de Stichting FOM, NWO en de European Research Council (ERC). Dr. Vlad Pribiag ontving een Veni-subsidie van NWO voor dit onderzoek.
Referentie
V. S. Pribiag, S. Nadj-Perge, S.M. Frolov, J.W. G. van den Berg, I. vanWeperen, S. R. Plissard, E. P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven, ‘Electrical control of single hole spins in nanowire quantum dots’, Nature Nanotechnology (2013), http://dx.doi.org/ DOI: 10.1038/NNANO.2013.5
