Australische onderzoekers hebben bij toeval een ontdekking gedaan die de realisatie van een origineel type quantumcomputer een flinke stap dichterbij brengt.

Een quantumcomputer werkt met zogeheten qubits. Dat zijn bits die niet alleen 0 of 1 kunnen zijn, maar ook 0 en 1 tegelijk. Dat typisch quantummechanische verschijnsel maakt het mogelijk bepaalde berekeningen veel sneller te doen dan met een conventionele computer.

Nadeel van de meeste soorten qubits is dat de aansturende apparatuur veel plaats inneemt. Australische onderzoekers werken daarom al een tijdje aan een eigen, compact type qubit. Dit door natuurkundige Bruce Kane voorgestelde concept werkt met afzonderlijke fosforatomen die zijn opgesloten in een siliciumchip. De kernen van de fosforatomen gedragen zich als kleine tolletjes die zowel linksom als rechtsom kunnen draaien. Die twee ‘spin’-richtingen worden als de waarden 0 en 1 gebruikt. Met behulp van magnetische velden zijn die waarden in te stellen. Het handige is dat één magnetisch apparaat op een chip meerdere qubits kan aansturen, wat ruimte spaart.


Bij toeval ontdekt

Minpunten zijn er ook. De techniek moet nog een grote achterstand inlopen op andere typen qubits die al langer bestaan. Met name de magnetische aansturing levert problemen op: het blijkt moeilijk om één qubit in te stellen zonder naburige qubits te verstoren.

Onderzoekers van de University of New South Wales in Sydney onder leiding van Andrea Morello hebben nu een mogelijke oplossing voor dat probleem ontdekt. Ze toonden aan dat de sturing van de qubits ook door een schommelend elektrisch veld kan gebeuren in plaats van een magnetisch veld. Ze publiceerden hun bevindingen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.
 

Toeval

De Nederlands-Amerikaanse Nobelprijswinnaar Nicolaas Bloembergen had al in 1961 voorspeld dat zoiets moest kunnen, maar het effect was nog nergens gezien. De onderzoekers kwamen het door een toeval – het smelten van een draadje bij een experiment – op het spoor. Hoogleraar Lieven Vandersypen, die bij de TU Delft aan andere soorten qubits werkt, blijft sceptisch over de kansen van de Kane-computer, maar vindt het desondanks ‘absoluut een interessante en verrassende ontdekking’.

Het fijne van elektrische velden is dat ze in chips al veel worden gebruikt – denk aan transistors – en dat het veel gemakkelijker is om ze heel lokaal te laten werken. Het schakelen van een qubit hoeft dus geen effect meer te hebben op zijn buren. Er moet dan wel worden afgestapt van fosfor, dat ongevoelig is voor het elektrische veld. Het effect werd aangetoond met een siliciumchip die antimoonatomen bevatte.

Foto boven: De elektrische draden op het oppervlak van de siliciumchip waarmee de onderzoekers hun ontdekking deden. Iets rechts van het midden het gat door smelten ontstond. Credit: University of New South Wales]

Tekst: Timo Können