2 Delftse doorbraken voor de quantumcomputer

door

Kwantumcomputer

door

Analyse - Twee vindingen van TU Delft hebben de kwantumcomputer een stap dichterbij gebracht. Gisteren werd het Majorana-deeltje onthuld, en eerder al een manier om quantumberekeningen minder gevoelig te maken.

Wetenschappers van het Kavli instituut van de TU Delft en de Stichting FOM zijn er voor het eerst in geslaagd een Majorana-deeltje te detecteren, de toekomstige bouwsteen van zo'n supersnelle computer. Daarnaast is er een nieuwe manier gevonden om quantumberekeningen uit te voeren die ongevoelig is voor storende omgevingsinvloeden.

Majorana-deeltje

Het Majorana-deeltje is vernoemd naar de Italiaanse natuurkundige Majorana die als eerste het bestaan van het Majorana fermion opperde. Het deeltje bevindt zich precies op de grens van materie en antimaterie en speelt mogelijk ook een rol in de kosmologie. Een gangbare theorie veronderstelt dat de mysterieuze 'donkere materie', die het grootste deel van het heelal vormt, uit Majorana fermionen bestaat.

Wetenschappers van de groep van Leo Kouwenhoven hebben nu voor het eerst in het laboratorium een opstelling weten te maken waarin Majorana's worden waargenomen bij uiteindes van een nanodraad. De metingen aan het deeltje zijn niet anders te verklaren dan door de aanwezigheid van een paar Majorana's, stelt Kouwenhoven. De onderzoekers hebben hun bevindingen donderdag geopenbaard in Science.

Omgevingsinvloeden

Het Majorana fermion leent zich vermoedelijk veel beter voor quantumberekeningen dan bestaande methoden. Opvallend genoeg hadden de onderzoekers van datzelfde Kavli Instituut net in Nature een charmante oplossing voor bestaande quantumcomputers gepubliceerd. Zij hebben een nieuwe methode gevonden om quantumberekeningen uit te voeren die ongevoelig is voor storende omgevingsinvloeden.

Theoretisch is een quantumcomputer niet zo moeilijk te begrijpen. In de praktijk ligt dat anders. Quantumdeeltjes, zoals een atoomkern of een elektron, kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Zo kan het magnetisch moment van een elektron, de zogenaamde spin, tegelijk twee verschillende richtingen hebben. Als de spinrichting wordt gebruikt als quantumbit in een computer, kan deze dus tegelijk 0 én 1 zijn. Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk.

Maar die spins blijken helaas extreem gevoelig voor storingen uit de omgeving, wat de ontwikkeling van een grootschalige quantumcomputer verhindert. De Delftse onderzoekers zeggen dat zij de quantum-bits beter kunnen beschermen tijdens het rekenen.

Oplossingen

Twee jaar geleden liet het onderzoeksteam al zien dat de spintoestand van een enkel elektron effectief beschermd kan worden tegen storing uit de omgeving. Door de spinrichting van het elektron met hele korte pulsen steeds om te klappen, gedraagt de spin zich alsof hij is losgekoppeld van zijn omgeving. Deze techniek is daarom ideaal voor het beschermen van quantum-informatie die is opgeslagen in een spin.

Maar een quantumcomputer moet niet alleen informatie kunnen opslaan, hij moet er ook mee kunnen rekenen. Het toepassen van de ontkoppelingstechniek tijdens het quantumrekenen is problematisch, omdat het elektron ook wordt losgekoppeld van alle andere quantumbits. Berekeningen tussen quantumbits zijn daardoor onmogelijk.

Daar lijkt nu ook een oplossing voor te zijn gevonden. Door het omklappen van het elektronspin heel precies te synchroniseren met de dynamica van een tweede quantumbit, de spin van een atoomkern, blijft de interactie tussen de twee spins behouden, terwijl de elektronspin nog steeds goed beschermd is tegen storende omgevingsinvloeden. De komende tijd gaan de onderzoekers de nieuwe techniek toepassen op chips met meer quantumbits.

Onzeker

De vondst van het Mojorana-deeltje maakt de bovengenoemde methode wellicht overbodig. Quantumbits met een Majorana fermion zijn volgens de Delftse onderzoekers robuuster en minder gevoelig voor storingen. Anderen zeggen dat de toestand van een Majorana deeltje zeker buiten een nanodraad wel degelijk is te beïnvloeden.

Dat het onderzoek serieus wordt genomen blijkt wel uit de betrokkenheid van Microsoft, die een deel van de financiering verzorgde. Het softwarebedrijf doet ook zelf onderzoek naar dit soort computers.

Het Majorana experiment aan de TU Delft

Lees meer over:

computer, Quantum, tudelft

eerst ▾ Reacties

De reacties worden ingeladen...

Insider naam

 
{$quantity}%

Mijn insider overzicht Uitloggen

Briefcase({$quantity}) Mijn Downloads({$quantity})

Word insider

  • Exclusieve content
  • Achtergrond verhalen
  • Praktische tips

Topbedrijven met ICT vacatures

IT Innovation Day 2014
 
dagen
:
 
uren
:
 
min.
:
 
sec.

Webwereld nieuwsbrief

Ontvang dagelijks een overzicht van het laatste ICT-Nieuws in uw mailbox.