Je leest:

Eén onafhankelijke elektronspin

Eén onafhankelijke elektronspin

Auteur:

Wetenschappers van de TU Delft zijn erin geslaagd om de spintoestand van een enkel elektron volledig te beschermen tegen omgevingsinvloeden. Elektronenspins in de vaste stof zijn veelbelovende bouwstenen voor quantumtechnologieën. Door de spinrichting van het elektron met korte pulsen om te klappen, gedraagt de spin zich alsof hij is losgekoppeld van zijn omgeving. De resultaten worden deze week online gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science.

Quantumdeeltjes zoals een atoom of een elektron kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Zo kan bijvoorbeeld het magnetisch moment van een elektron, de zogenaamde ‘spin’, tegelijk twee verschillende richtingen hebben. Als de spinrichting wordt gebruikt in een quantumcomputer, kan het dus tegelijk 0 én 1 zijn, en niet alleen 0 óf 1 zoals bij een gewone computerschakeling. Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk. Het bouwen van een dergelijke quantumcomputer wordt echter sterk gehinderd doordat de omgeving – ook bestaande uit quantumdeeltjes – de toestand van de spin verstoort.

Afbeelding 1
Van de quantumcomputer wordt erg veel verwacht, maar voorlopig is hij er nog niet.
Pixabay, vrijgegeven in het publieke domein

Het Delftse team werkt met elektronen in diamant, een favoriet materiaal voor quantumwetenschappers. Het unieke aan diamant is dat de quantumeigenschappen ook op kamertemperatuur zichtbaar zijn. Dit is een groot voordeel voor toekomstige toepassingen. De onderzoekers waren er eerder al in geslaagd om de spin van een enkel elektron te meten en om de omgevingsinvloeden in kaart te brengen. Door gebruik te maken van hoogfrequente pulsen van slechts een paar nanoseconden is het Delftse team er nu in geslaagd om de spin van een enkel elektron te controleren met een recordbrekende nauwkeurigheid. Hiermee konden de onderzoekers voor het eerst de spin beschermen tegen de omgeving: een baanbrekend resultaat.

Small
Diamant: al jaren een favoriet materiaal van quantummechanici.

Heen… en weer…

De onderzoekers draaiden de spin met vaste tussenpozen heel precies om, zodat het effect van de omgeving werd uitgemiddeld en het leek alsof de spin volledig geïsoleerd was. Hoe vaker ze de spin omklapten, hoe langer de quantumtoestand behouden bleef. Voor 130 beschermende pulsen was dat al meer dan 25 maal langer dan voorheen was gemeten.

Ze toonden tenslotte aan dat de bescherming werkt voor elke mogelijke quantumtoestand. Deze resultaten zijn een grote doorbraak voor de quantumwetenschappen, waar de omgevingsinvloeden tot dusver het grootste struikelblok zijn geweest voor nieuwe fundamentele experimenten en voor toepassingen in quantumtechnologieën.

Het onderzoek vond plaats aan het Kavli Institute of Nanoscience van de Technische Universiteit Delft en stond onder leiding van Ronald Hanson (FOM-projectleider). Het werk is theoretisch ondersteund door collega’s van het Ames Lab in de Verenigde Staten. Eerste auteur Gijs de Lange is als promovendus in dienst van NWO. Het onderzoek werd uitgevoerd met subsidie van de Stichting FOM, NWO en DARPA. Ronald Hanson, lid van de Jonge Akademie van de KNAW, ontving in 2007 een NWO-Vidi beurs voor onderzoek naar quantuminformatie in diamant.

Lees meer:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/kwantum/quantum-energie/index.atom?m=of", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
© Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 september 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE