Stichting FOM
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers
18 augustus 2009
Onderzoekers pinnen kwantumdeeltjes vast
Supersnelle kwantumcomputer komt steeds dichterbij.
Onderzoekers van het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen aan de TU
Delft zijn er in geslaagd om de omgeving van een kwantumdeeltje in hun
greep te krijgen en zo meer controle uit te oefenen op een enkel
elektron. Hiermee brengt het team van onderzoekers onder leiding van
Vidi-winnaar en FOM-werkgroepleider Lieven Vandersypen de supersnelle
kwantumcomputer weer een stapje dichterbij. Hun resultaten werden 16
augustus 2009 gepubliceerd in Nature Physics.
Een van de unieke eigenschappen van kwantumdeeltjes is dat ze zich in
meerdere toestanden tegelijk kunnen bevinden. Een atoom of elektron is
dan in een zogenaamde superpositie van twee toestanden. Zo kan
bijvoorbeeld de zogenaamde 'spin' van een elektron tegelijk twee
verschillende richtingen op gaan. Zo'n deeltje kan dus tegelijk 0 én 1
zijn, en niet alleen 0 óf 1 zoals bij een gewone computerschakeling.
Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk. Tot nu toe was het echter niet
mogelijk om een deeltje gedurende een langere tijd in een bepaalde
stand te houden, omdat de omgeving - ook bestaande uit
kwantumdeeltjes- de toestand constant verstoorde. Juist daar kregen
onderzoekers tot nu toe geen vat op.
Getrek en geduw stabiliseren
De Delftse onderzoekers losten het probleem echter op door de omgeving
te stabiliseren. Zij toonden al eerder aan dat het mogelijk is om de
spin van een elektron aan te sturen met behulp van een kwantum dot,
een doosje op nanoschaal. Het probleem is echter dat de atoomkernen in
het materiaal van dat doosje ook een eigen spin hebben. Doordat spins
werken als minuscule magneetjes, trekken en duwen ze aan de spin van
het elektron in het doosje. Maar het elektron trekt en duwt ook terug.
De wisselwerking tussen de elektronspin en de spin van de omliggende
atoomkernen stelde de onderzoekers echter juist in staat om de spins
vast te pinnen. Zij stuurden een elektrische stroom door het
nanodoosje en beïnvloedden hiermee de spinrichting van de kernspins.
Door de wisselwerking tussen de spin van het elektron en de kernspins
uit de omgeving kon uiteindelijk een situatie worden gecreëerd waarin
de kernspins niet meer willekeurig varieerden, maar juist relatief
stabiel werden. De stabiele omgeving maakt het nu mogelijk om de
fragiele maar belangrijke superpositietoestand voor langere tijd te
bewaren.
Nature publicatie
Het artikel van Ivo Vink en Lieven Vandersypen werd op 16 augustus
2009 gepubliceerd als Advance Online Publication op de website van
Nature Physics. Een gedetailleerde theorie over het mechanisme achter
deze experimentele observaties werd uitgewerkt door promovendus Jeroen
Danon, en is enkele weken geleden gepubliceerd in het tijdschrift
Physical Review Letters. Het onderzoek werd gefinancierd door NWO en
de Stichting FOM.
Referentie
Locking electron spins into magnetic resonance by electron-nuclear
feedback by Ivo T. Vink, Katja C. Nowack, Frank H.L. Koppens, Jeroen
Danon, Yuli V. Nazarov and Lieven M.K. Vandersypen.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Lieven Vandersypen (TU
Delft).
U kunt ook kijken op de website van The Delft Spin Qubit Project:
http://www.tnw.tudelft.nl/live/pagina.jsp?id=65d2ac31-042a-4e3b-ace6-6
c5db6f16a4e&lang=en