Je leest:

Kwantumspiegelen onder de knie

Kwantumspiegelen onder de knie

Auteur: | 14 juni 2007

Onderzoekers van de TU Delft zijn er in geslaagd om bewerkingen uit te voeren met twee kwantum bits, de bouwstenen van een toekomstige kwantumcomputer. Met een apparaat dat op commando kwantuminformatie bewerkt komt de groep van Kees Harmans en Hans Mooij dichter bij een bruikbare kwantumcomputer. De Delftenaren publiceren over hun doorbraak in het toonaangevende blad Nature.

Kwantumcomputers hebben superieure eigenschappen ten opzichte van het huidige type computers. Die rekenen met nullen en enen in de vorm van elektrische stroom. Een moderne computer, zelfs een supercomputer, gebruikt miljarden geheugenplaatsen (bits). Daarmee worden gigantische rekentaken als de simulatie van alle sterren in de melkweg uitgevoerd. Altijd zit de programmeur vast aan het binaire karakter: 0 óf 1, niets ertussenin. Kwantumcomputers moeten uit die dwangbuis ontsnappen. Ze slaan meerdere waardes tussen 0 en 1 op in elk onderdeel ( qubit) en voeren daardoor verschillende berekeningen tegelijkertijd in plaats van na elkaar uit.

Deze qubit slaat kwantuminformatie op in de richting van een elektrisch stroompje. In de normale wereld kan stroom maar één kant tegelijk op, maar in de kwantumwereld kan hij twee kanten tegelijk uit – links- en rechtsom bijvoorbeeld. Dat gebeurt in het rechterdeel van het apparaat. Microgolven en een gevoelige magneetmeter (het linkerdeel) laten de onderzoekers de qubit aansturen en aflezen. bron: DIMES / TU Delft.

Spiegelen op commando

Kwantumcomputers gebruiken compleet nieuwe technieken, maar er zijn ook bekende onderdelen. Zo verwerken ze informatiestromen met logische poorten. In een klassieke computer zijn er bijvoorbeeld OF-poorten, die een signaal afgeven als één van de twee ingangen een signaal krijgt, maar ook EN-poorten, die alleen signaal geven als beide ingangen signaal krijgen. Iets ingewikkelder is de CNOT-poort ( controlled not), die een binnenkomend signaal omkeert (0 wordt 1 of andersom) als hij daarvoor via een andere ingang opdracht toe krijgt. Spiegelen op commando.

Bruikbare kwantumcomputers zullen hoogstwaarschijnlijk moeten worden vervaardigd met bekende fabricagetechnieken uit de chipsindustrie. Aan de TU Delft worden met dat uitgangspunt momenteel twee soorten qubits bestudeerd. Het ene type maakt gebruik van supergeleidende ringetjes, het andere type van zogenoemde ‘quantum dots’, kunstmatige atomen waarin onderzoekers één elektron tegelijk kunnen vangen en besturen.

Verstrengeling

De échte kracht van kwantumcomputers is het verstrengelen van verschillende qubits. In de wereld van de kleinste deeltjes werken de natuurwetten anders dan we gewend zijn. Twee deeltjes kunnen zó innig verbonden zijn, dat de een zelfs over grote afstanden continu weet wat er met de andere gebeurt. Alsof twee dobbelstenen samen altijd 7 gooien. Door de qubits in een kwantumcomputer te verstrengelen ontstaat een netwerk van informatie, waarbij veranderingen in één onderdeel meteen doorwerken in de rest van het systeem.

Promovendus Jelle Plantenberg heeft nu een kwantumversie gemaakt van de klassieke CNOT-poort. Zijn variant koppelt twee qubits aan elkaar via verstrengeling (zie kader) zodat ze onmiddellijk op elkaar reageren. Daarna verandert de ene qubit zijn 0/1-inhoud op commando van de andere. Een belangrijke stap, want elke mogelijke kwantumberekening kan worden uitgevoerd met een serie aaneengeschakelde CNOT-poorten.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 juni 2007

Discussieer mee

0

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

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.