De chip van de toekomst?

Britse, Nederlandse  (TU Delft) en Japanse onderzoekers hebben in een gezamenlijk project een functioneren-de, redelijk ingewikkelde kwantum-schakeling gemaakt van silicium, waarmee zowel fotonen zijn te genereren als (dat onbegrijpelijke fenomeen) verstrengeling mogelijk is. De schakeling bestaat uit twee fotonenbronnen op een silciumchip die kwantummechanisch met elkaar wisselwerken. Volgens de onderzoekers kan het kwantumdinkske gebruikt worden voor de verwerking van informatie en voor moeilijke kwantumoptische experimenten.

Kwantuminterferentie is het ‘wezen’ van de kwantumcomputer, maar om dat kwantummechanische effect waar te kunnen nemen moeten de gebruikte kwantumdeeltjes, in dit geval fotonen, in elk opzicht identiek zijn en moeten die uit dezelfde identieke bronnen komen. Dat blijkt nog niet eenvoudig. Een groep onderzoekers ven de universiteit van Bristol (van wat? Bristol!) onder aanvoering van Mark Thompson, heeft in samenwerking met, onder meer, het Delftse Kavli-Nanolab  die barrière kennelijk genomen en ze hebben naar eigen zeggen voor het eerst twee identieke fotonenbronnen op een chip gemaakt. De bronnen produceren, regelbaar, verstrengeld licht én kwantummechanische interferentie. De fotonen komen van infraroodlaser, die fotonenparen ‘fabriceert’ via een, niet-lineaire, wisselwerking met het silicium, door deskundigen een spontane viergolfmenging genoemd. “We richten de laserstraal op twee gebiedjes op de chip, de twee bronnen, en combineerden het licht met behulp van een bundelsplitser, die zich ook op de chip bevindt”, zegt onderzoeker Josh Silverstone. “We regelden heel nauwkeurig het traject van de fotonen, door de temperatuur van een van de twee golfgeleiders te veranderen en zagen kwantuminterferentieranden.” Dat betekent dat die kwantuminterferentie tussen die fotonen ook daadwerkelijk plaatsvindt.
Een groot voordeel van kwantumfotonica op silicium is dat die chip gemaakt kan worden met technologie die lijkt op de techniek die gebruikt wordt voor bestaande CMOS-mikroelektronica. Thomson:  “Onze schakelingen zijn gemaakt bij Toshiba in Japan met behulp van standaardfabricagetechniek, maar elke CMOS-fabrikant zou het kunnen. We denken voor de toekomst aan integratie van kwantumfotonen en standaardelektronica op één chip.”
Het resultaat pakte goed uit. De bronnen blijken een uitzonderlijk hoge kwantuminterferentie te vertonen. “Dat is een voorwaarde om een kwantumoptisch systeem op grotere schaal te kunnen bouwen”, zegt Thompson. Met de chip kan informatie verwerkt worden, maar er kunnen ook kwantumoptische experimenten mee worden uitgevoerd, ingewikkelder dan die mogelijk zijn met vezeloptica.
Het plan is nu om een volledig uitgerust geïntegreerd kwantumfotonisch systeem op één chip te maken. Thompson: “Nu hebben we de bronnen en de schakelingen gecombineerd, maar de grote uitdaging is om die te integreren met de detectoren en dat op te schalen tot honderden componenten die nodig zijn voor informatieverwerking met behulp van fotonen.” Het lijkt er op op de kwantumcomputer nu dan toch echt werkelijkheid wordt.

Bron: PhysicsWorld.com