NWO-onderzoek brengt kwantumcomputer stapje dichterbij

31 oktober 2006

NWO-onderzoekers hebben een voorstel uitgewerkt voor de mogelijke realisatie van een kwantumcomputer. Dat is de uitkomst van een PIONIER-onderzoeksproject 'Van wervelpatronen tot kwantumrekenen' onder leiding van de Amsterdamse hoogleraar Kareljan Schoutens. De resultaten daarvan zijn zojuist verschenen in Annals of Physics.

Onderzoek naar kwantumcomputers staat sterk in de belangstelling omdat deze computers bepaalde berekeningen veel sneller kunnen uitvoeren dan computers zonder kwantummechanica. In kwantummechanica kunnen deeltjes zich als het ware in verschillende toestanden tegelijk bevinden. Hierdoor kan een kwantumbit zowel 0 als 1 zijn. Dit maakt een nieuwe manier van rekenen, kwantumrekenen, mogelijk.

In hun artikel zetten Kareljan Schoutens en zijn collega Eddy Ardonne een scenario uiteen voor kwantumrekenen met behulp van een zogeheten kwantum-Halltoestand die zij in 1999 introduceerden. Volgens de onderzoekers maakt manipulatie van de elektronen in dat systeem in principe alle logische bewerkingen mogelijk die nodig zijn voor een kwantumcomputer. Bijkomend voordeel is dat het 'weglekken' van kwantuminformatie, een terugkerend probleem in voorstellen voor kwantumrekenen, volgens hen zoveel mogelijk wordt vermeden.

Ultrakoude gassen

Kwantum-Halltoestanden komen voor in systemen waarin elektronen vrij kunnen bewegen in het grensvlak van twee halfgeleiders, in aanwezigheid van een sterk magneetveld. Ze bestaan in verschillende varianten. In de voorgestelde variant die kwantumrekenen mogelijk maakt, vormen de elektronen paren, zoals dat ook gebeurt in een supergeleider. Er is theoretisch voorspeld dat kwantum-Halltoestanden ook kunnen voorkomen in ultrakoude gassen die snel worden gedraaid. De groep van Schoutens heeft het meest kansrijk geachte scenario voor een experimentele realisatie van dit idee uitgewerkt.

Kareljan Schoutens is hoogleraar Theoretische Natuurkunde aan de Universiteit van Amsterdam. Eddy Ardonne promoveerde vier jaar geleden in het kader van dit PIONIER-project. Hij is nu werkzaam bij een speciale Microsoft-onderzoeksgroep voor topologisch kwantumrekenen. Hun onderzoek werd mogelijk gemaakt door een PIONIER-subsidie van het NWO-gebied Exacte Wetenschappen. PIONIER startte in 1999 en is de voorganger van de Vici-ronde van de Vernieuwingsimpuls.

..............................

Meer informatie bij:

• Prof. dr. Kareljan Schoutens (Universiteit van Amsterdam)
• t: +31 (0)20 525 5664, kjs@science.uva.nl  
• Een samenvatting van 'Wave functions for topological quantum registers' voor het vaktijdschrift Annals of Physics staat op www.sciencedirect.com, waar ook het volledige artikel is op te vragen. Een gedrukte versie volgt later.