TU Delft zet nieuwe stap richting kwantumcomputer

Om elektronen enigszins in het gareel te krijgen bouwde professor dr. Leo Kouwenhoven van de kwantumtransportgroep van de TU Delft in 1996 een soort doosje waarin je een exact aantal elektronen kunt opsluiten. Binnen deze quantumdot zijn de elektronen goed beveiligd tegen verstoringen die ertoe zouden kunnen leiden dat hun superposities vervallen, waardoor de qubit-berekeningen vroegtijdig afbreken.

Om elektronen enigszins in het gareel te krijgen bouwde professor dr. Leo Kouwenhoven van de kwantumtransportgroep van de TU Delft in 1996 een soort doosje waarin je een exact aantal elektronen kunt opsluiten. Binnen deze quantumdot zijn de elektronen goed beveiligd tegen verstoringen die ertoe zouden kunnen leiden dat hun superposities vervallen, waardoor de qubit-berekeningen vroegtijdig afbreken.

Delftse onderzoekers kunnen de draaibeweging van een elektron nu ook besturen via elektrische velden. Dat vergroot de kans dat er ooit een bruikbare kwantumcomputer wordt gebouwd.

Onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) zijn erin geslaagd om louter met behulp van elektrische velden, de draaibeweging (spin) van één enkel elektron te controleren. Hiermee is de weg vrijgemaakt voor een veel eenvoudigere besturing van de bouwstenen van een (toekomstige) supersnelle kwantumcomputer.

Het voordeel van de aansturing van de spin met elektrische velden in vergelijking met magnetische velden is dat ze gemakkelijk zijn op te wekken. Ook is het met elektrische velden gemakkelijker om, in de toekomst, meerdere spins onafhankelijk van elkaar aan te sturen, wat nodig is om een kwantumcomputer te kunnen bouwen. Het team, geleid door Lieven Vandersypen, gaat deze techniek nu toepassen op meerdere elektronen.

Vandersypen slaagde er in augustus 2006 ook al in om de draairichting van één elektron te manipuleren door een zeer snel variërend magnetisch veld gedurende enkele miljardsten van een seconde aan en uit te schakelen. Ook stond hij aan de wieg van de eerste werkende kwantumcomputer, die in 1997 werd gebouwd.

Nog niet bruikbaar

Daarnaast is er nog een ander probleem dat het lastig maakt om kwantumcomputers op te schalen: qubits zijn weinig stabiel en vervallen al heel snel, waardoor berekeningen vroegtijdig worden afgebroken. Daarbij onstaan fouten die gecorrigeerd moeten worden. Daarvoor bestaan technieken, maar die vragen zoveel rekenkracht dat ze weer leiden tot nieuwe fouten omdat in de tussentijd opnieuw qubits vervallen. In de praktijk wordt een kwantumcomputer daardoor pas bruikbaar op het moment dat deze tien- à honderdduizend operaties tegelijk kan uitvoeren, met een snelheid die hoog genoeg is om te voorkomen dat de qubits in de tussentijd vervallen.