Delftse onderzoekers hebben een belangrijke stap gezet richting grote, dicht opeengepakte tweedimensionale rasters van halfgeleider qubits. Een team van QuTech onder leiding van Menno Veldhorst is erin geslaagd een vier-qubit logica in germanium te demonstreren. Gesproken wordt van een mijlpaal voor schaalbare quantumtechnologie. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het gezaghebbende blad Nature.
De onderzoekers hebben aangetoond dat met halfgeleidertechnologie een tweedimensionale array van qubits te vervaardigen die gezamenlijk als quantumprocessor opereren.
Quantumcomputers kunnen straks problemen oplossen waarvoor klassieke computers tekortschieten. Waar huidige quantumapparaten over tientallen qubits beschikken, zal een toekomstige quantumcomputer zeer waarschijnlijk uit miljoenen tot miljarden qubits bestaan. Omdat ze met standaard halfgeleidertechnologie kunnen worden gedefinieerd, dragen quantum dot qubits de belofte van schaalbaarheid met zich mee. Veldhorst plaatste vier van zulke qubits in een twee-bij-twee raster. Hij wist aan te tonen dat hier universele controle over valt te verkrijgen. Ook voerde hij berekeningen uit die alle qubits met elkaar verstrengelen.
Hoogst haalbare
Er wordt al meer dan twee decennia onderzoek gedaan naar elektronen opgesloten in quantum dots als platform voor quantuminformatie. Het gaat hier om halfgeleider-structuren van enkele tientallen nanometers groot. Ondanks alle beloften is twee-qubit logica hiermee tot nu toe het hoogst haalbare gebleken.
Om tot een doorbraak te komen, besloten de onderzoeksgroepen van Menno Veldhorst en Giordano Scappucci tot een andere aanpak, waarbij ze gebruikmaken van gaten (afwezige elektronen) in germanium. De elektrodes voor het definiëren van de qubits konden door deze aanpak ook gebruikt worden om ze te controleren en te verstrengelen.
‘Omdat we geen grote structuren aan iedere qubit hoeven toe te voegen zijn onze qubits vrijwel identiek aan de transistoren in een computerchip,’ zegt Nico Hendrickx, promovendus in de groep van Menno Veldhorst en eerste auteur van het artikel. ‘We hebben bovendien uitstekende controle over de qubits en kunnen ze aan elkaar koppelen om zo een, twee, drie en vier-qubit logische poorten te programmeren. Dit is veelbelovend met het oog op zeer efficiënte quantumberekeningen.’
