12 augustus 2013
Wetenschappers realiseren quantumbit met gebogen nanobuisje
Een van de grootste uitdagingen in de quantumwetenschappen is het bouwen van een werkende quantumbit, de basisschakeling voor de quantumcomputer. Een belangrijke theoretische kandidaat voor zo'n quantumbit is een gebogen koolstofnanobuisje. Wetenschappers van de TU Delft en stichting FOM, onder leiding van Professor Leo Kouwenhoven, zijn er als eerste in geslaagd een werkende quantumbit te maken met zo'n koolstofnanobuisje. Op 28 july publiceerden ze er over in Nature Nanotechnology.
Quantumcomputer
Quantumcomputers hebben het voordeel dat ze bepaalde berekeningen veel sneller kunnen uitvoeren dan ‘gewone’ supercomputers. Een normale computerbit kan de waarde ‘1′ of ‘0′ hebben, maar een quantumbit kan rekenen met de toestand van 1 elektron, dat – door de bijzondere eigenschappen van de quantumwereld- die waardes allebei tegelijk kan hebben. “We noemen die toestand ‘superpositie”’, vertelt promovendus Fei Pei die de metingen uitvoerde. “Het grootste probleem waar quantumfysici mee te maken hebben is dat die superpositie heel snel verstoord wordt door externe factoren, door invloeden van andere deeltjes in de buurt.”
Gebogen buisjes
De koolstofnanobuisjes van een paar nanometer groot hebben bijzondere eigenschappen die ze heel geschikt maken als materiaal voor quantumbits, maar tot nu toe kon niemand een enkel elektron manipuleren en ‘lezen’. Dat is de wetenschappers uit Delft nu gelukt. Ze bouwden daarbij voort op werk van collega’s uit Copenhagen die in 2010 lieten zien dat een elektron in een gebogen nanobuis theoretisch gezien in quantumtoestand kon worden gebracht, en op hun eigen werk uit 2012. Toen lieten de Delftse wetenschappers zien dat ze een elektron in zo’n buisje konden uitlezen. Door beide resultaten bij elkaar te brengen ontstond een ‘werkende‘ quantumbit.
“De volgende uitdaging zal zijn om de stabiliteit van deze quantumbit te verbeteren, want momenteel kunnen we de superpositie-toestand nog niet lang vasthouden”, stelt Pei. “We gaan ons nu richten op het reduceren van de verstoringen, om zo de levensduur van de superpositie te verlengen”.
Kandidaten
De onderzoeksgroep van Leo Kouwenhoven heeft zijn pijlen gericht op een aantal mogelijke ‘kandidaten’ voor het maken van een werkende en stabiele quantumbit, waarvan het nanobuisje er een is. Een andere deel van het onderzoek richt zich op een bit op basis van het fameuze majoranadeeltje, dat eerder door de groep werd aangetoond. Welke kandidaat uiteindelijk het beste is, moet verder onderzoek aantonen.
Referentie
‘A valley-spin qubit in a carbon nanotube’ Edward laird, Fei Pei, Leo Kouwenhoven. Nature Nanotechnology advanced Online Publication (28 July 2013).
