Een quantumcomputer bouwen is lastig. Momenteel komt men nog niet verder dan een handvol bits.

Met quantumcomputers kunnen we veel snellere berekeningen maken als met de huidige pc’s. Een quantumcomputer maakt gebruik van de quantumtoestanden van kleine deeltjes als elektronen. Die toestanden bieden – in theorie – mogelijkheden voor razendsnel rekenen.

Wetenschappers proberen momenteel die theorie in de praktijk te brengen, maar daarnaast denkt men alvast na hoe zulke computers in de toekomst kunnen samenwerken.

Voor een samenwerking tussen computers moeten ze over grote afstand informatie kunnen uitwisselen. Als communicatiemiddel lijken enkele fotonen erg geschikt. Het idee is dat een quantumcomputer deze fotonen omzet in een elektrisch signaal, oftewel dat het foton een elektron in gang zet. Een uitdaging is dit elektrische signaal – wat normaal gesproken zeer zwak is – zodanig te versterken dat het meetbaar wordt.

De rode laserstraal – inclusief de fotonen als gele bolletjes – schijnt op de nanodetector (het dunne rode streepje). De quantumdot in de draad (onzichtbaar) maakt met het foton een elektron (blauwe bol) los van zijn plek (het ‘gat’, aangegeven als rode bol). Een elektrisch veld duwt het elektron weg van het gat, zodat deze andere elektronen los kan maken. De sneeuwlawine op de achtergrond verwijst naar de enorme toename van het aantal elektronen in de nanodraad.

Stichting FOM

Stichting FOM

Elektronenlawine

Het Nederlandse onderzoeksteam heeft dat weten te realiseren met hun concept van een fotondetector. Deze bestaat uit een nanodraad, die aan de ene kant fotonen absorbeert en aan de andere kant een elektrische stroom uitstuurt. Het beginpunt is een quantumdot, een heel klein ‘doosje’ dat één foton met de juiste kleur absorbeert en vervolgens één elektron vrij maakt.

Dit elektron ontstapt uit het doosje en komt terecht in de nanodraad, waar het door botsingen met andere elektronen een lawine van bewegende elektronen veroorzaakt. Uiteindelijk ontstaan er meer dan tienduizend elektronen uit één enkel startelektron. Door deze macroscopische stroom te meten, konden de onderzoekers onderscheid maken tussen één of geen foton.

De materialen van de nanodraad zijn essentieel voor de werking van de detector. De onderzoekers gebruikten een nanodraad van het halfgeleidermateriaal indiumfosfide met een diameter van ongeveer honderd nanometer en een lengte van enkele micrometers. Het ene uiteinde is bedekt met een laagje zwavel en het andere met zink, om een constant elektrisch veld te kunnen produceren. Dit veld versnelt de elektronen die door de nanodraad bewegen en geeft ze zo voldoende energie om meer elektronen te produceren. Zo ontstaat er een enorme elektronenlawine, die het mogelijk maakt om enkele fotonen te detecteren.

Lees meer over quantumcomputers op Wetenschap24:

• Opweg naar de quantumcomputer: dans van de spins
• Ongestoord rekenen de qubits