Delftse onderzoekers brengen kwantumcomputer stapje dichterbij

Een van de unieke eigenschappen van kwantumdeeltjes is dat ze zich in twee toestanden tegelijk kunnen bevinden. Een atoom of elektron is dan in een zogenoemde superpositie van twee toestanden. Veelal gaat het daarbij om de zoheten 'spin' van een elektron, dat dan op eenzelfde moment in twee tegengestelde richtingen tolt. Zo'n deeltje kan op die manier een tegelijk 0 én 1 zijn, en niet alleen 0 óf 1 zoals bij een gewone computerschakeling. Twee van die deeltjes kunnen in één bewerking de getallen 0 tot en met 3 representeren en drie 0 tot en met 7. Dat maakt een heel aparte vorm van 'parallel' rekenwerk mogelijk.
Klassiek probleem bij pogingen om dit principe praktisch te benutten is de gevoeligheid voor vertoring van de superposities. Kleine invloeden van buiten dreigen doorlopend de superposities te verstoren, wat de beoogde kwantumcomputer onbedoeld verandert in een generator van toevalsgetallen.

De Delftse onderzoekers zijn erin geslaagd dat probleem te bestrijden door de omgeving te stabiliseren. Eerder slaagden ze erin een kwantum dot [een 'doosje' op nanoschaal] te vervaardigen waarmee het mogelijk bleek de spin van een elektron aan te sturen. Het probleem daarbij is echter dat ook de atoomkernen in het materiaal van dat doosje een eigen spin hebben. Doordat deze kernspins als minuscule magneetjes werken, dreigen ze de spin van het elektron in het doosje te verstoren. De onderzoekers in Delft maakten van de nood een deugd door met elektrische stroompjes de kernspin te sturen en zo - indirect - de controle over de superpositie van het electron vast te behouden.

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.