Onder invloed van laserstralen licht dit synthetische diamantje met stikstofatomen op (afb: TU Wenen)

Hedendaagse computers werken met bits die twee ‘posities’ kunnen hebben: 0 en 1 (aan of uit). Dat geldt ook voor geheugens. Bij kwantumcomputers heb je te maken met een superpositie. Het probleem met het fenomeen superpositie is de instabiliteit. Kwantumgeheugens zijn dan maar zeer korte tijd betrouwbaar. Onderzoekers van de TU Wenen hebben, samen met het Japanse telecombedrijf NTT, een kwantumgeheugen bedacht van stikstofatomen en microgolven dat minder snel geheugenverlies lijdt. Ze houden de informatie nu zeker vijfmiljoenste seconde vast.
Stikstofatomen hebben normaal gesproken licht afwijkende kwantumeigenschappen. Dat leidt tot eem snel verlies van de kwantumtoestand. Door specifiek een klein aantal atomen te veranderen, kunnen de overgebleven atomen in een nieuwe kwantumtoestand brengen, die tot tien keer langer in stand blijft.
“We gebruiken synthetische diamanten waar afzonderlijk atomen in zijn geplaatst”, zegt onderzoeksleider Johannes Majer. “De kwantumtoestand van deze stikstofatomen wordt gekoppeld door microgolven. Dat resulteert in een uitleesbaar geheugensysteem.”
De opslagtijd wordt echter beperkt door de niet homogene verbreding van de microgolfovergang (?;as) in de stikstofatomen in het diamantje. Na een halve microseconde is het geheugen zijn inhoud kwijt. Majer c.s. gingen dat probleem te lijf met wat ze spectrale gaten branden noemden. Wat het is weet ik niet, maar het maakt het wel mogelijk om gegevens op te slaan in het ‘optisch bereik van inhomogeen verbrede media’, zoals het persbericht stelt. Die methode zou ook geschikt zijn voor supergeleidende kwantumcircuits en spinkwantumgeheugens.
Die nieuw ontdekte kwantumtoestanden, voor een belangrijk deel losgekoppeld van verstorende ruis, zouden volgens de Weners ook in hun systeem bestaan. “De truc is om het kwantumsysteem in die stabiele toestanden te manoeuvreren om daar informatie op te kunnen slaan”, zegt theoreticus Dmitry Krimer

Microgolven

“De overgangsgebieden in de stikstofatomen hebben enigszins verschillende energieniveaus, omdat de omstandigheden op de diamant niet overal perfect dezelfde zijn”, zegt Stefan Pultz, inmiddels verhuisd naar de Amerikaanse Princteon-universiteit. “Als je microgolven gebruikt om selectief een paar stikstofatomen met verschillende energieën te veranderen, dan kan je een ‘spectraal gat’ maken. De overblijvende atomen kunnen dan in een nieuwe kwantumtoestand gebracht worden, de ‘donkere toestand, in het midden van die gaten. Die toestand is veel stabieler en dat opent heel nieuwe mogelijkheden.”
Putz stelt dat het voorlopig gaat om te bewijzen dat dat kan. “We bewijzen dat het werkt en we leggen de basis voor verder onderzoek.”
Met deze methode houdt het kwantumgeheugenelement zijn informatie zeker 5 µs vast, vijfmiljoenste s. Dat lijkt niet erg veel maar is toereikend voor een kwantumcomputer. Majer wervend: “Het voordeel van ons systeem is dat je kwantuminformatie in nanoseconden is te schrijven en te lezen. In een paar microseconden kun je dan een groot aantal verwerkingsstappen doen.”

Bron: EurekAlert