Lieven Vandersypen (TU Delft)

Instabiliteit kan een computer niet gebruiken. Ook een kwantumcomputer heeft een zekere mate van stabiliteit nodig. Stabiliteit is een van de vele problemen die de kwantumcomputer aankleven. Soms zijn er verbeteringen te melden. Zo komt uit Delft het bericht dat onderzoekers van de plaatselijk TU een kwantumbit hebben gemaakt die stabiel genoemd zou mogen worden. En dat met gewoon silicium. Volgens onderzoeker Lieven Vandersypen van de TU zouden de siliciumkwantumbits 100 maal stabieler zijn dan de exotischer galliumarsenidekwantumbits. Onderzoekers in Australië hebben de lat nog weer wat hoger gelegd: 2,4 ms. Ze gebruikten magneetvelden om de kwantumbit (de spin van een enkel elektron) te stabiliseren.

Gewone computers werken met bits (enen en nullen), maar in kwantumcomputers kunnen kwantumbits zowel 1 als 0 zijn. Dat is de wonderbaarlijke superpositie, die de kwantumcomputer ook zijn wonderbaarlijke rekenkracht zou moeten geven. Die superpositie is alleen erg kwetsbaar (instabiel). “De tijdsduur van een superpositie is wezenlijk voor het functioneren van een kwantumcomputer”, zegt Vandersypen.  “In galliumarsenide is die ongeveer 10 nanoseconde (10 miljardste seconde) maar met silicium hebben we een 100 keer langere tijdsuur gerealiseerd. We kwamen tot 0,4 ms. Dat lijkt niet lang, maar voor een computer is dat een eeuwigheid. Bovendien is de poortbetrouwbaarheid in silicium 10 tot 100 keer beter. De poortbetrouwbaarheid is een maat of een bewerking die je uitvoert op een kwantumbit ook echt werkt.”

Silicium

De onderzoekers gebruikten gewoon silicium, een van de meest voorkomende elementen op aarde (zand is siliciumoxide). Eerder onderzoek aan de universiteit van Nieuw Zuid-Wales (Aus) zou hebben uitgewezen dat speciaal gezuiverd silicium-28 nog beter zou werken. Er bestaan drie isotopen van silicium, waarvan Si-28 het meest voorkomt. Si-29 zou de boel versjteren. De onderzoekers denken dat gebruik van silicium in plaats van galliumarsenide van groot belang is voor de realisering van de kwantumcomputer.

De onderzoekers in Delft werken nauw samen met het bedrijfsleven, onder meer met chipsmaker Intel. Naast het stabiliteitsprobleem zijn er in de kwantumtechniek nog wel wat noten te kraken. Zo is het nog allesbehalve vanzelfsprekend dat kwantumbits in grote aantal te bundelen zijn op een chip. “Tenminste 100 kwantumbits of liever nog veel meer moeten samenwerken om een functionele kwantumcomputer te krijgen”, zegt Vandersypen. Aan de slag dus maar weer, Vandersypen.

Australië

De kwantumbit van de onderzoekers van de universiteit van Nieuw-Zuid-Wales in Australië bestaat uit de spin van een enkele elektron op silicium. Die wordt gekoppeld aan een oscillerend elektromagnetisch veld. Dat noemen ze een ‘aangeklede’ bit. Die bewaart zijn kwantuminformatie veel langer dan een ‘ongeklede’ bit.

“Deze kwantumbit leeft veel langer dan die van een elektron alleen. Daarmee zijn betrouwbaarder kwantumcomputers te bouwen”, zegt onderzoeker Arne Laucht. Waarschijnlijk zullen er hierna wel weer nieuwe en vernuftiger systemen komen met een nog langere stabilitijd dan die van de Australiërs. Maak je maar geen illusies, Laucht.

Bronnen: EurekAlert, EurekAlert
Artikel aangepast d.d. 18 oktober 2016