Kwantumcomputers moeten supersnel en krachtig wor-den. Maar voor de realisatie van deze volledig nieuwe computertypes staan nog steeds technische hinder-nissen. Fysici van de Universität Würzburg maken melding van vooruitgang op dit gebied.
Voor de bouw van kwantumcomputers zijn goede kwantumbits als informa-tiedragers nodig. Een goede kwantumbit moet in staat zijn om verschillende fysieke toestanden aan te nemen, die naar behoefte te manipuleren zijn en een lange levens-duur hebben.
Voor het verkrijgen hiervan begeven wetenschappers in de hele wereld zich over verschillende paden. De fysici uit Würzburg werken samen met part-ners uit Japan en de Verenigde Staten aan nanostructuren van halfgelei-dermaterialen, de zogenaamde kwantumpunten. Een voordeel van deze halfgeleidersystemen is de mogelijkheid om meerdere kwantumbits op een chip te integreren.
Manipulatie van de spin
In de onderzochte structuren bevindt zich in elk kwantumpunt een extra elektron, waarvan de spin gebruikt wordt als kwantumbit. Simpel gezegd komt de spin overeen met de natuurlijke rotatie van elektronen en kan symbolisch door een pijl worden weergegeven.
De kwantumpunten bevinden zich in een magnetisch veld, waarvan de referentie-as wordt gedefinieerd door een pijl. Langs deze as kan de pijl nog in twee richtingen wijzen, waardoor men een klassiek bit verkrijgt waarmee de huidige computers rekenen. Bij een kwantumbit daarentegen zijn alle oriënteringen met betrekking tot de referentie-as relevant. Kwantumbits coderen dus meer informatie dan klassieke bits, maar zijn nog gevoelig voor interferentie, wat tot een verandering van oriëntering zouden kunnen voeren.
De fysici hebben verschillende mogelijkheden onderzocht om de oriëntatie van een spin te manipuleren. Zo laat de spin zich door lichtpulsen in een nauwkeurig gedefinieerde positie brengen. De gewenste toestand is echter nog niet van lange duur; door de wisselwerking van de spin met de omge-ving van het kwantumpunt gaat de in een aparte spin gecodeerde informatie normaalgesproken in een paar miljardste seconden verloren. Het beheersen van dit effect geldt als een van de grootste uitdagingen voor de realisatie van de kwantum computers.
Langere levensduur
Het is de fysici gelukt om de levensduur van de vooraf ingestelde spintoe-stand beduidend te verlengen: deze was nu een aantal miljoensten seconden lang stabiel. In deze tijd zouden bij een kwantumbit 100.000 schakelingen kunnen worden uitgevoerd, wat voor de toepassing in de kwantumcomputer een aanvaardbare tijd is.
Het proces is erop gebaseerd, dat de spintoestanden in de kwantumpunten door ultrakorte lichtpulsen snel te manipuleren zijn. Het werk toont de potentie die aparte spin kwantumbits hebben voor de toepassing in een kwantumcomputer of als kwantumgeheugen met encryptie voor een veilige gegevensoverdracht.
De fysici hebben als het volgende doel: meerdere kwantumbits aan elkaar koppelen. Ze willen de kwantumbits ook inzetten in fotonische netwerken, waarin signalen door lichtpulsen worden overgedragen. Als voordeel voor een verdere ontwikkeling van deze technologie geldt, dat de spin kwan-tumbits kunnen worden geïntegreerd in zulke schakelkringen.
