Je leest:

Qubits gekoppeld

Qubits gekoppeld

Auteur: | 12 september 2006

Wie ooit een supersnelle kwantumcomputer wil hebben, moet spelen met qubits. Dat zijn piepkleine schakelaartjes die informatie van verschillende berekeningen tegelijkertijd kunnen opslaan. Natuurkundige Matthias Steffen is er nu in geslaagd twee qubits met elkaar te laten communiceren. Dat is al eerder gedaan, maar Steffen’s supergeleidende circuits zijn ook nog eens te fabriceren met conventionele apparatuur om chips te maken.

Wie de eerste volwassen kwantumcomputer aan de praat krijgt oogst eeuwige roem, maar dat kan nog jaren duren. Voorlopig zijn natuurkundigen al blij als ze een qubit stabiel kunnen houden. Met kwantumwetten werken betekent met kleine deeltjes werken en die zijn ontzettend gevoelig voor storing van buiten. Matthias Steffen speelt daarom vals: in een supergeleidend circuit laat hij een elektrische stroom tegelijkertijd links én rechtsom bewegen. Die twee stroomrichtingen vormen de 0 en de 1 in zijn berekeningen en zijn door gebruik van miljoenen gelijkgeschakelde elektronen goed bestand tegen nadelige storing van buiten het circuit.

Codekraken in een oogwenk, supersnel een database doorzoeken: kwantumcomputers moeten ooit het vreemde gedrag van het allerkleinste uitbuiten om elke normale supercomputer in het stof te laten bijten. Die rekent namelijk met bits, schakelaartjes die óf in toestand 0 óf in toestand 1 staan. Een kwantumcomputer is gebouwd op qubits, die een mengsel van allebei de toestanden tegelijk aannemen. Daarom kunnen ze verschillende berekeningen tegelijkertijd in plaats van na elkaar uitvoeren. bron: TU Delft, Quantum Transport Group.

Qubit-onderzoek is exotisch, maar ook dichtbij huis. In Nederland pionierde de Delftse groep van scheidend hoogleraar Hans Mooij met supergeleidende qubit-circuits. Ondertussen richt de concentratiegroep van Mooij’s collega Leo Kouwenhoven zich op opgesloten elektronen in kunstmatige atomen ( quantum dots), maar Mooij houdt een warm plekje in zijn hart voor qubits die met een complete stroomkring werken. ‘Ik blijf erbij dat dit ontwerp de potentie heeft om te dienen als basis voor een échte kwantumcomputer’, hield hij een zaal geïnteresseerden voor tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van Nederlandse natuurkundigen.

In de Delftse qubit wordt kwantuminformatie opgeslagen in de richting van een elektrisch stroompje. Waar in onze normale wereld stroom maar één kant tegelijk op kan, is het in de kwantummechanica mogelijk dat een stroom twee kanten tegelijk uit gaat – links- en rechtsom bijvoorbeeld. Dat gebeurt in het rechterdeel van het apparaat. Met microgolven en een gevoelige meter voor magneetvelden (het linkerdeel van het apparaat) kunnen de onderzoekers de qubit aansturen en aflezen. Een werkende kwantumcomputer is het nog niet, maar die is met dit ontwerp wel een stuk dichterbij gekomen. bron: DIMES/TU Delft.

Verstrengeling

Steffen’s doorbraak is dat hij twee van zijn qubits met elkaar weet te verbinden. Eén werkende qubit is namelijk mooi, maar een kwantumcomputer kan pas met conventionele supercomputers concurreren als tienduizenden qubits samenwerken. Dat kan door ze te verstrengelen, weer zo’n kwantumgrapje dat tegen het gevoel ingaat. Verstrengelde qubits zijn nog beter op elkaar afgestemd dan een tweeling: wat met de een gebeurt, gebeurt over willekeurig welke afstand meteen met de andere qubit.

Door qubits te verstrengelen kunnen natuurkundigen enorme hoeveelheden informatie in een paar rekencellen vangen en bewerken. Steffen toonde de ‘spookachtige invloed op afstand’ (zei Einstein, die niets van het idee moest hebben) aan door het gekoppelde systeem op allerlei manieren door te lichten. Net als een medische CAT-scan bouwt Steffen met die Quantum State Tomography daardoor een compleet beeld op van zijn qubits en die bleken prachtig op elkaar te reageren. ‘Als we andere materialen gaan uitproberen in deze qubits worden de resultaten nog beter’, voorspelde de onderzoeker in een persbericht. Hij publiceerde zijn werk in het Amerikaanse blad Science.

Literatuur Steffen et. al.: Measurement of the Entanglement of Two Superconducting Qubits via State Tomography, Science 8 September 2006, Vol. 313. no. 5792, pp. 1423 – 1425.

Meer over kwantumcomputers

Meer over supercomputers

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 september 2006

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.