Delft leest dubbel kwantumbit uit

Wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft en de Stichting FOM hebben opnieuw een stapje gezet in de richting van een toekomstige, supersnelle kwantumcomputer. Ze zijn erin geslaagd om twee spins, de elementaire bouwstenen van zo’n computer, betrouwbaar uit te lezen. De wetenschappers publiceren deze week online over hun resultaten in Science Express.

In de voorbije jaren hebben wetenschappers van de TU Delft grote vorderingen gemaakt bij het onderzoek naar kwantumberekeningen en de kwantumcomputer. Zo kunnen ze één enkel elektron opsluiten in een ‘kwantumdoosje'.

De spin van het opgesloten elektron dient als kwantumbit (qubit), de elementaire bouwsteen van een toekomstige, supersnelle kwantumcomputer. De spin is, vereenvoudigd gesteld, de draairichting van het elektron. Draait het elektron de ene kant op, dan is het een spin-up elektron; draait het de andere kant op, dan heet het een spin-down elektron. Deze draairichtingen representeren de toestand ‘0' of ‘1' in een qubit.

Dubbel

Het was al langer mogelijk om de spin van één elektron in een qubit uit te lezen. De TU Delft slaagde hier als eerste in. De universiteit was verder de eerste die een enkele spin wist te manipuleren. Nu is een team onderzoekers onder leiding van prof. Lieven Vandersypen van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft er ook als eerste in geslaagd om de toestand van twee spins uit te lezen.

De wetenschappers creëerden twee kwantumdots, met in beide een opgesloten elektron. De uitlezing gebeurt door elk elektron al dan niet uit de dot te laten wegspringen, afhankelijk van zijn spin-toestand. Met een ladingsmeter meten de onderzoekers of het elektron wegspringt, en dan weten ze ook meteen wat de spin-toestand was.

Single shot uitlezing

Dit gebeurt bovendien in één keer: iedere uitlezing geeft de toestand van allebei spins. Dit is cruciaal om correlaties tussen de twee qubits te kunnen meten. Eerste auteur Katja Nowack: ‘Erg leuk was dat als we twee spins in een zogeheten verstrengelde toestand brachten, de twee spins steeds tegengestelde uitkomsten gaven: als de ene down gaf, gaf de andere up, en vice versa, precies zoals voorspeld door de kwantumtheorie.'

Verstrengeling is een bijzonder kwantummechanisch verschijnsel dat van groot belang is voor kwantum-informatie. Twee verstrengelde spins kunnen niet los van elkaar gezien worden: hun toestanden zijn met elkaar verbonden, ook als ze zich op grote afstand van elkaar zouden bevinden.