Henk Klomp
Tien jaar nadat natuurkundige David DiVincenzo van het onderzoekscentrum in Jülich bewees dat je op een chip kunt kwantumrekenen zonder die aan een magneetveld bloot te hoeven stellen, hebben Duitse ingenieurs op galliumÂarseen de eerste kwantumbit gerealiseerd.
‘Lithografisch vergt het het uiterste. Je hebt zelfs last van de rondtollende galliumkernen. Maar nu kunnen we de grootte van het kwantumgeheugen opschalen. Experimentatoren bouwen inmiddels aan een 15-bits-geheugen’, aldus DiVincenzo.
‘Het is een aardig resultaat,’ vindt natuurkundige Ronald Hanson van de TU Delft. ‘Maar de tijd dat de bit in stand blijft, is nog aan de lage kant.’
De kwantumbit bestaat uit drie zogeheten kwantumgaten met daarnaast een elektrisch contactpuntje. In de kwantumgaten zit een drietal elektronen gevangen. Net als in atomen vormen de elektronen paren met elkaar door hun spin antiparallel te zetten. Eentje blijft er steeds over. Tussen twee van de mogelijke spinverdelingen van het drietal is te schakelen met een spanning. Die verdelingen vormen de 1 en 0 van de kwantumbit. De kwantumbit valt uit te lezen door op een slimme manier het ladingsverval te meten. ‘Je zou het kunnen vergelijken met een kunstmatig H3-molecuul waarvan je twee aangeslagen toestanden benut. Net als transistoren zijn die om te klappen met spanningen.’
In plaats van een enkele elektronenspin te manipuleren – waar Delftse natuurkundigen al menig publicatie aan hebben gewijd – hebben de Duitsers kwantumrekenen zo teruggebracht tot het aanleggen van spanningen op de contactpuntjes naast de bits. In dit aansturen van elektrische
circuits bestaat sinds de microchip al uitgebreide ervaring.
In Nature Nanotechnology van deze week demonstreert DiVincenzo dat op het bit in 2 ns
75 bewerkingen kunnen worden uitgevoerd, voldoende om serieus mee te kunnen rekenen voordat het vervalt. ‘Ons kunstmatig molecuul is net als andere kwantumbits gevoelig voor omgevingsinvloeden. Omdat we echter geen extern magneetveld nodig hebben, kunnen we het veel beter afschermen.’
