Tweet

De kwantumcomputer kan veel - op een enkel terrein /2 reacties

Transistoren op atoomniveau

Waarom dan toch die grote aandacht voor de kwantumcomputer? “Er zijn”, zegt De Wolf, “twee verschillende redenen waarom kwantumcomputers tóch interessant zijn. Op de eerste plaats hebben we nog steeds die wet van Moore die zegt dat de capaciteit van klassieke computers elke achttien maanden verdubbelt. Dat betekent dat de transistoren steeds kleiner worden tot je op een geven moment op atoomniveau komt en dan houdt de klassieke natuurkunde en de daarin geldende wetten op. En zoals het nu gaat zitten we met een jaar of tien op kwantumniveau. Als we willen doorgaan, moeten we daar iets mee doen.
Een ander argument is dat een kwantumcomputer sommige dingen echt veel sneller kan dan een klassieke computer, zoals factorisatie. Dat heeft niks met de kloksnelheid te maken. Er bestaat gewoon geen klassiek algoritme waarmee je dat efficiënt kunt doen. Het is niet bewezen dat dat niet bestaat, maar iedereen gaat er wel van uit.”

CIA

Dat je met een kwantumcomputer veel beter kunt factoriseren, zullen de banken en andere organisaties die graag dingen geheim houden, zoals de CIA, niet erg leuk vinden. De Wolf: ”Het leven is hard. Je zult een alternatief moeten zoeken dat ook beveiligd is tegen kwantumcomputers. Die methode kan best klassiek zijn. Daarnaast kun je natuurlijk kwantummechanica zelf inzetten voor beveiliging. De verstrengeling is bijvoorbeeld een fenomeen dat je daarbij kan gebruiken.” Het (eigen)aardige in de kwantummechanica is dat een meting de kwantumtoestand verandert. Als door verstrengeling beschermde informatie door derden gekaapt zou worden, dan is dat meteen traceerbaar.

Maakbaar

Tot nu toe hebben we ons alleen maar beziggehouden met de (huis-tuin-en-keuken-)theorie. Maar ga nu maar eens aan de slag en bouw een kwantumcomputer. Het werken met elektronenspins, met atoomspins of met afzonderlijke fotonen vereist nogal wat vernuft. Bij de TU Delft in de groep kwantumtransport van Hans Mooij en Leo Kouwenhoven (dit jaar beloond met de prestigieuze Spinozapremie voor veelbelovende jonge hoogleraren) houden ze zich bezig met het ontwerpen en maken van de bouwstenen van die roemruchte kwantumcomputer.

“Dat doen we”, zegt promovenda Floor Paauw van de Delftse onderzoeksgroep, ”op twee verschillende manieren: door het maken van wat genoemd wordt kwantumdots, een soort eilandjes waarop maar één elektron wordt toegelaten, en met behulp van supergeleidende ringetjes, waarin een stroom loopt. Een elektronenspin heeft positie up en down en in dat ringetje kan de stroom rechtsom of linksom lopen.”

Manipuleren

Die kwantumelementen maken is op zich al een enorme toer, maar je moet er ook voor zorgen dat die niet gestoord worden door hun ‘woeste’ omgeving en daarbij moeten ze nog op allerlei manieren kunnen samenwerken. Aan één qubit heb je natuurlijk niks en bovendien moet je een truc bedenken om de qubits te kunnen manipuleren.

Vorig jaar kwam de Delftse onderzoeksgroep in het nieuws omdat ze er in geslaagd was de elektronenspin te manipuleren. Paauw: “Wij manipuleren de elektronenspin door een wisselend magneetveld aan te leggen. Een ander lastig punt is dat het heel erg moeilijk is om een elektronenspin te meten. We zijn daarin geslaagd door een truc te gebruiken waarin de lading van het elektron en de verschillende energietoestanden waarin dat elektron kan verkeren gebruikt worden.”

Logische poort

Ze kunnen in Delft nu twee elektronspins manipuleren en onlangs kwam de onderzoeksgroep weer in het nieuws doordat ze met de stroomringetjes een logische poort (voor logische fijnproevers: een CNOT-poort die de uitkomst van het tweede bit omdraait als het eerste bit één is) hebben gebouwd. Logische poorten zijn de werkelijke bouwstenen van een computer omdat daarmee de verschillende soorten ‘handelingen’ worden verricht die je een computer wilt laten doen.