Tweet

Draaiend elektron in een doosje belooft kwantumcomputer /reageer

Ieder elektron heeft een ‘spin’, een kwantumtoestand die erg geschikt is om als kwantum bit te dienen. Voor zijn werk aan spinnende atoomkernen bij Stanford en IBM kreeg hij dit jaar Nicholas Kurti European Science Prize. Het Delftse vervolgonderzoek heeft hier ook aan bijgedragen en werd daarnaast beloond met de IUPAP Young Scientist Prize for Semiconductor Physics.
‘Een van de uitdagingen op weg naar de kwantumcomputer is te komen tot langere coherentietijden’, gaat Vandersypen verder. ‘Nu blijft een qubit enkele microseconden intact, terwijl een enkele rekenstap tien nanoseconden duurt. Als we de coherentie naar enkele milliseconden kunnen brengen, is er tijd om kwantum-foutcorrectie toe te passen. Dat betekent dat je een fout in een qubit kunt herstellen. En dat op zijn beurt betekent dat je hem zo lang als je wilt in een bepaalde kwantumtoestand kunt bewaren, want iedere keer dat hij zijn toestand verlaat, kun je hem erin terugbrengen.’

‘Om de coherentietijden van spinnende elektronen in een kwantumdot te verhogen, kun je twee aanpakken volgen’, zegt Vandersypen. ‘Ten eerste kun je proberen het effect van storende invloeden uit de omgeving te verminderen. Ten tweede kun je proberen een ander soort kwantumdots te maken, die weinig of geen storende invloeden ondervinden. Wij volgen beide paden.’

Grafeen

Een van de potentiële nieuwe materialen voor een kwantumdot is grafeen, een koolstofrooster van één atoom dik, ter vervanging van galliumarsenide. Vandersypen: ‘Het is leuk om met grafeen bezig te zijn, omdat het een nieuw materiaal is, met bijzondere eigenschappen. We denken dat het potentieel een stabieler kwantumdot kan opleveren. Er is eigenlijk maar één probleempje: het werk niet.’

Grafeen heeft geen band gap, een deel in het energiespectrum waar elektronen immobiel worden en het materiaal dientengevolge isolerend. De elektroden kunnen daarom geen elektronen opsluiten in een afgezonderd deel van een velletje grafeen. Een uiterst fundamentele materiaalkundige barrière, lijkt het, maar Vandersypen liet zich er niet door afschrikken: ‘Wij zijn gaan zoeken naar manieren om grafeen alsnog een band gap te bezorgen. Dat blijkt te lukken als je twee lagen grafeen over elkaar legt en er een elektrisch veld over aanbrengt.’

Of het allemaal gaat lukken, valt nog niet te zeggen. Vandersypen is vol goede moed. ‘Maar ook als grafeen uiteindelijk niet geschikt blijkt om qubits van te maken, levert het onderzoek kennis op. Er is veel potentieel voor andere toepassingen.’

Misschien komt het zelfs nog wel eens tot een oude droom van Vandersypen: een combinatie van micromachientjes met kwantummechanica. ‘Twaalf jaar geleden was dat echt een brug te ver, maar inmiddels zijn wetenschappers hard aan het werken om dit voor elkaar te krijgen.’