Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben dat bereikt door gebruik te maken van sterke magnetische velden en lage temperaturen. Onder die omstandigheden zijn ze erin geslaagd om kwantumverstrengeling te creëren tussen het elektron en de atoomkern van een fosforatoom, die ingebed zat in een siliciumkristal van hoge puurheid. Kwantumverstrengeling vormt de sleutel tot het bouwen van kwantumcomputers die onvoorstelbaar veel krachtiger zijn dan de computers die we nu kennen.

De elektron en de atoomkern werken als een soort minuscule magneet (genaamd ‘spin’), die een bit kwantuminformatie kan representeren. Als deze spins op de juiste manier bestuurd worden, kunnen ze interactie hebben met elkaar, door middel van verstrengeling.

Kwantumverstrengeling

Kwantumverstrengeling is een fenomeen waarbij twee objecten dusdanig verbonden zijn, dat het ene object niet los beschreven kan worden van het andere. Dit is zelfs zo als de objecten enorm ver van elkaar verwijderd zijn.

Misschien nog wel bijzonderder is het feit dat hoe groot de afstand ook is, er altijd communicatie lijkt te bestaan tussen de deeltjes. Een aantal theoretici denkt dat er verborgen variabelen zijn die bij het ontstaan van de deeltjes gecreëerd worden.

Het kan echter nog vreemder, want wanneer de variabele van het ene deeltje simpelweg wordt gemeten, slaat die variabele van het andere deeltje ogenblikkelijk om. Ook als dat zich op lichtjaren afstand bevindt.

Gigantische stap voorwaarts

Een team van wetenschappers uit het Verenigd Koninkrijk, Japan, Canada en Duitsland hebben met behulp van die kwantumverstrengeling nu dus 10 miljard bits in het metaal silicium kunnen krijgen. Volgens Stephanie Simmons, één van de onderzoekers die aan de Universiteit van Oxford werkt, was de sleutel tot het succes om sterke magnetische velden in te zetten bij lage temperaturen. Daardoor konden de onderzoekers de spins op een rij te krijgen. "Wanneer die precondities er zijn, kunnen we de spins met elkaar laten interacteren, door heel precieze microgolven en radiofrequentiepulsen in te zetten. Zo ontstaat de verstrengeling waar wij iets mee kunnen”, zegt ze.

Het onderzoek heeft grote implicaties voor de integratie met technologie, omdat in de hedendaagse computerchip net als bij dit experiment gedoterde atomen in silicium worden gebruikt.

“Het creëren van 10 miljard verstrengelde paren in silicium is een gigantische stap voorwaarts”, volgens de teamleider van het onderzoek Dr. John Morton. “De volgende stap is het koppelen van de paren om een schaalbare kwantumcomputer in silicium te maken.”

Onlogica

Kwantumverstrengeling heeft de potentie om dingen die wij totaal onlogisch achten, tot werkelijkheid te maken. Zo is de kans dat een munt op kop of munt valt bijvoorbeeld 50% (behalve dan als je de kans meerekent dat hij op zijn zijkant valt). Bij het fenomeen kwantumverstrengeling zou het echter mogelijk zijn dat de munt op zowel kop als munt valt.

“Bij hoge temperaturen is er simpelweg een mix van spins die allerlei kanten op wijzen. Maar onder de juiste omstandigheden, die wij hebben gecreëerd, kunnen de spins gedwongen worden om naar twee richtingen tegelijkertijd te wijzen. Het experiment stond of viel met het realiseren daarvan”, aldus Morton.