Stichting FOM
5 januari 2011
Betere grip op bouwsteen voor quantumcomputer
Onderzoekers van de Stichting FOM, het Kavli Institute of Nanoscience
aan de TU Delft en van de TU Eindhoven, hebben veel meer grip gekregen
op de bouwstenen voor een toekomstige, supersnelle kwantumcomputer. Ze
kunnen deze bouwstenen (qubits) nu namelijk manipuleren met elektrische
velden in plaats van met magnetische velden, zoals tot nu toe
gebruikelijk. Bovendien wisten ze deze qubits in te bouwen in
nanodraadjes van halfgeleidermateriaal. De onderzoekers publiceerden
over hun bevindingen in het tijdschrift Nature van donderdag 23
december.
Figuur 1. Artist's impression van de spin-orbit qubit
vergroten Figuur 1. Artist's impression van de spin-orbit qubit
Zoals bij het gooien van een jojo, de spin (draairichting) wordt
gecontroleerd door het elektron te bewegen.
Credit: Gemma Plum
Figuur 2. Artist's impression van qubits in een nanodraad
vergroten Figuur 2. Artist's impression van qubits in een nanodraad
Credit: Gemma Plum
Figuur 3. Beeld van een scanning elektronenmicroscoop
vergroten Figuur 3. Beeld van een scanning elektronenmicroscoop van het
nanodraad-device waarin stuurelectrodes gebruikt worden om de qubits
elektronisch te controleren, en toevoer- en afvoerelektrodes gebruikt
worden om de toestand van de qubits vast te stellen.
Spin
Een qubit is de bouwsteen van een mogelijke, toekomstige
kwantumcomputer. Een dergelijke computer zou veel sneller zijn dan
huidige computers. Eén manier om een qubit te maken, is het opsluiten
van één enkel elektron in halfgeleidermateriaal. Een qubit kan, net als
een gewoon computerbit, de toestanden '0' en '1' aannemen. In een qubit
wordt hiervoor de spin van het elektron gebruikt. Deze spin wordt
veroorzaakt door het rondtollen van het elektron rond zijn eigen as.
Dit tollen kan gebeuren in twee richtingen (die dus de '0'-toestand en
de '1'-toestand representeren).
Elektrisch in plaats van magnetisch
Tot nu toe werd de spin van een elektron gecontroleerd via magnetische
velden. Maar deze velden zijn zeer moeilijk te genereren op een chip.
De elektronspin in de qubits die nu zijn gerealiseerd door de
Nederlandse wetenschappers, kan worden gecontroleerd door een spanning
of een elektrisch veld, in plaats van door magnetische velden. Deze
vorm van controle heeft grote voordelen. FOM-werkgroepleider
prof.dr.ir. Leo Kouwenhoven, onderzoeker aan het Kavli Institute of
Nanoscience aan de TU Delft: 'Deze spin-orbit qubits combineren het
beste van beide werelden. Ze gebruiken de voordelen van elektronische
controle en die van informatieopslag in de elektronspin.'
Nanodraadjes
Er is nog een andere belangrijke noviteit in het Nederlandse onderzoek.
De wetenschappers wisten de qubits (twee) namelijk in te bouwen in
nanodraadjes van halfgeleidermateriaal (indium-arsenide). Deze draadjes
hebben een diameter in de ordegrootte van nanometers en een lengte van
micrometers. Kouwenhoven: "Deze nanodraadjes worden steeds meer
gebruikt als handige bouwstenen in de nano-elektronica. Nanodraadjes
zijn een uitstekend platform voor onder meer
kwantum-informatieverwerking."
Meer informatie
Prof.dr.ir. Leo Kouwenhoven, hoogleraar Quantum Transport, Kavli
Institute of Nanoscience, TU Delft, telefoon: (015) 278 60 64.
Ineke Boneschansker, wetenschapsvoorlichter TU Delft, telefoon (015)
278 84 99.
Referentie
Nadj-Perge, S, S.M. Frolov, E.P.A.M. Bakkers & L.P. Kouwenhoven (2010)
Spin-Orbit qubit in a semiconductor nanowire. Nature 468, 1084 - 1087.