Een plak silicium wordt beschoten met lichte siliciumionen ter vervanging van de zwaardere isotopen (29 en 30) (afb: David Jamieson et. al/ Nature)
Een manier om heel zuivere siliciumplakken te maken zou de weg openen naar een kwantumchip met miljoenen kwantumbits. Dat begint er op te lijken. Nu zitten ‘we’ nog maar op een paar honderd kwabits. David Jamieson van de Universiteit van Melbourne en medeonderzoekers hebben daartoe fosforatomen geïmplanteerd in zeer zuiver silicium. Overigens zeggen onderzoekers van de universiteit van Bazel ook zo’n prestatie te hebben geleverd met spins van ‘gaten’, ook met silicium.
Jamieson: “De kwetsbare kwantumcoherentie (in feite de (de)stabiliteit van kwantumtoestanden; as) betekent dat in een kwantumcomputer zich snel fouten opbouwen. Met de stevige coherentie die onze nieuwe techniek biedt, kunnen kwantumcomputers in uren of minuten een problemen oplossen waar conventionele of zelfs supercomputers eeuwen over zouden doen.”
Zoals hier vaker gemeld is de wankelmoedigheid van de kwantumtoestanden er verantwoordelijk voor dat het nogal wat voeten in de aarde heeft om een ‘fatsoenlijk’ functionerende kwantumcomputer te bouwen. Die wankelmoedigheid maakt het noodzakelijk om voortdurend de fouten die de kwantumcomputer maakt weer recht te trekken.
Een groot voordeel van deze zuivere kiezelplak zou zijn dat je die kwantumchips zou kunnen maken met dezelfde techniek die ook voor de digitale chips gebruikt worden. Dat zuivere silicium zou de kwabits op de fosforatomen als het ware beschermen tegen ongewenste veranderingen van de kwantumtoestanden.
29Si
Als we het over zuiver silicium hebben dan gaat het om 28Si. Normaal bestaat silicium (zand is een oxide daarvan) ook 4,5% van het isotoop 29Si bevat, een siliciumatoom met evenveel protonen als zijn ‘broertje’ maar met een neutron meer in de kern, een zwaardere variant dus. Dat stoort de fragiele kwantumtoestanden. De onderzoekers slaagden er in dat percentage terug te brengen tot 0,0002%.
Dat deden de onderzoekers door de kiezelplak met met een ‘atoomkanon’ (ionenimplantator?) 28Si-atomen te beschieten zodat de 29Si-atomen langzamerhand werden vervangen door hun lichtere ‘broertjes’. Zo’n ‘kanon’ is in elke halfgeleiderfabriek te vinden om ‘vervuilende’ atomen/ionen in halfgeleiders te schieten.
In onderzoek uit 2014 hadden onderzoekers van de Universiteit van Melbourne het wereldrecord voor de coherentie van een kwabit al op 30 s, waarbij ze minder zuiver silicium hadden gebruikt. Voor de kwantumwereld is dat een eeuwigheid.
Bron: phys.org