Bouw van kwantumcomputer is mogelijk

Als we echt willen, kunnen we een kwantumcomputer bouwen. Dat is een van de stellingen van Lieven Vandersypen in zijn intreerede als hoogleraar aan de TU Delft op vrijdag 20 maart.

Van een werkende kwantumcomputer zijn we volgens de meeste deskundigen nog ver verwijderd, maar Lieven Vandersypen denkt daar anders over. De talentvolle Belgische onderzoeker spreekt vandaag zijn intreerede uit als hoogleraar Quantummechanica aan de TU Delft. Vandersypen: "Als we het echt willen, kunnen we een kwantumcomputer bouwen."

In de kwantumwereld kunnen twee elektronen met elkaar verstrengeld zijn, waardoor een meting van het ene elektron ogenblikkelijk de toestand van het andere elektron vastlegt, en omgekeerd. Deze eigenschap ligt aan de basis van het ontwerp van een kwantumcomputer.

In een kwantumcomputer stelt een ‘qubit' zowel de 0 als de 1 tegelijk voor. Door deze eigenschap kunnen we veel sneller rekenen met kwantumdeeltjes dan mogelijk is met gewone bits. Hoeveel winst die exponentieel versnelde rekenkracht oplevert, maakte Vandersypen in 2006 aan Computable duidelijk aan de hand van een voorbeeld: "Je hoeft maar zo'n twintig qubits toe te voegen aan een kwantumcomputer om een berekening te kunnen uitvoeren die een miljoen keer ingewikkelder is. Met een kwantumcomputer kun je in principe berekeningen uitvoeren die op een klassieke computer langer duren dan de bestaansduur van het universum."

Demonstratie-experimenten

Vandersypen: ‘In de voorbije jaren hebben we in Delft alle bouwstenen voor een kwantumcomputer gerealiseerd. Het is inmiddels routine om één enkel elektron op te sluiten in een kwantumdoosje (kwantumdot), en een tweede elektron in het doosje ernaast.'

De TU Delft kan als enige de spin van één elektron uitlezen. De spin van een elektron is simpel gezegd de draairichting van het elektron, die in een qubit de toestand ‘0' of ‘1' voorstelt. Verder is de TU nog steeds de enige die de spin van een elektron op een gecontroleerde manier kan laten ronddraaien.

‘Dankzij deze serie experimenten zijn we nu op het punt dat het mogelijk wordt om elektronspins op een gecontroleerde manier met elkaar te verstrengelen. Dit willen we experimenteel laten zien, en erop voortbouwen door de verstrengeling te gebruiken in demonstratie-experimenten', zegt Vandersypen.

Lieven Vandersypen

Foto: Bas de Meijer

Foto: Bas de Meijer

De Belg Lieven Vandersypen (Leuven, 1972) behoort nu al tot de wereldtop in zijn vakgebied. Hij heeft zeven publicaties in Nature en Science op zijn naam staan. Vandersypen, sinds 2001 werkzaam bij het Kavli Institute of Nanoscience Delft, is oorspronkelijk opgeleid als werktuigbouwkundige aan de KU Leuven.

Hij is een pionier in het bouwen van kwantumcomputers gebaseerd op spins. Aan de TU Delft heeft hij gewerkt aan doorbraken zoals de uitlezing en controle van individuele elektronspins in halfgeleider kwantumdots. Daarnaast werkt hij aan grafeen, een laag grafiet van 1 atoom dik. Dit materiaal biedt interessante nieuwe mogelijkheden voor de realisering van qubits.

Tijdens zijn promotie-onderzoek aan de Stanford Universiteit realiseerde Vandersypen een van de eerste kwantumberekeningen en ook de meest complexe kwantumberekening tot nu toe.

In 2008 kreeg Vandersypen een prestigieuze Starting Grant van de European Research Council ter waarde van 1,3 miljoen euro.