Silicium kwantumbits bereiken nauwkeurigheid die nodig is voor kwantumcomputer

15 oktober 2014

Onderzoekers van de University of New South Wales (UNSW) in Sydney, waaronder post-doctoraal onderzoeker Menno Veldhorst, hebben een kwantumbit in silicium gemaakt. Deze kwantumbit levert recordprestaties en zet daarmee een nieuwe standaard voor kwantumdots. Het onderzoek is op 13 oktober gepubliceerd in het blad Nature Nanotechnology. Menno Veldhorst is werkzaam bij UNSW via een Rubiconfinanciering van NWO.

Een van de grootste wetenschappelijke uitdagingen van deze eeuw is de realisatie van een kwantumcomputer. De vele mogelijkheden van een dergelijke computer hebben onderzoek in verschillende disciplines geïnspireerd om te komen tot de bouwsteen van een kwantumcomputer: de kwantumbit (qubit). Qubits zijn gemaakt door bijvoorbeeld supergeleiders te gebruiken, door ionen te vangen en door individuele atomen te gebruiken. Nieuw is dat de onderzoekers aan de UNSW voor het eerst erin geslaagd zijn een qubit te maken met behulp van dezelfde technieken en materialen die gebruikt worden om een transistor van een computer te bouwen. De opschaling die nodig is om een kwantumcomputer te maken lijkt daardoor nu mogelijk: op een enkele chip van een computer zitten al meer dan een miljard transistors. Daarnaast levert de gemaakte qubit recordprestaties op het vlak van nauwkeurigheid en levensduur.

Grotere nauwkeurigheid en levensduur

Het kwantumapparaat 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 kwantumdot die een enkel elektron kan lokaliseren. De kwantumdot is een soort kwantumdoosje waarin het elektron is opgesloten. De spin van dit 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.

Foutfrequentie van slechts 0,4%

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.

Over Rubicon en Menno Veldhorst

Rubicon is een financieringsinstrument voor recent gepromoveerde wetenschappers om ervaring op te doen aan buitenlandse topinstituten als opstap voor een wetenschappelijke carrière. Menno Veldhorst promoveerde in september 2012 aan de Universiteit Twente en ontving een Rubiconsubsidie van NWO. Met deze subsidie kon hij twee jaar lang onderzoek doen aan de University of New South Wales in Sydney, Australië.

Over NWO

De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek is een van de belangrijkste wetenschapsfinanciers in Nederland en zorgt voor kwaliteit en vernieuwing in de wetenschap. NWO investeert jaarlijks ruim 650 miljoen in nieuwsgierigheidsgedreven onderzoek en onderzoek rond maatschappelijke uitdagingen. Op basis van adviezen van deskundige wetenschappers en relevante experts uit binnen- en buitenland selecteert en financiert NWO onderzoeksvoorstellen. NWO stimuleert nationale en internationale samenwerking, investeert in grote onderzoeksfaciliteiten, bevordert kennisbenutting en beheert onderzoeksinstituten. NWO financiert meer dan 5.600 onderzoeksprojecten aan universiteiten en kennisinstellingen.

Meer informatie


Bron: NWO

Further information

NWO, Information and Communication Department, tel.: +31 70 344 07 41