Spin van elektronen in quantumdots bruikbaar als bit voor quantumcomputer?

Onderzoek & Wetenschap 14/01/2021 14:28:45

TU Eindhoven onderzocht of de spin van elektronen in quantumdots is te manipuleren door de quantumdot in een nanodraad te onderwerpen aan trekkrachten, voor gebruik in quantumcomputers.

Lees hieronder verder   
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Handhaving van octrooirechten

Het Ingenieurshuis - Antwerpen

van 26/01/2021 tot 14/12/2021

New dimensions of adaptive manufacturing

B&R online event

woensdag 27 januari 2021

Alternatief fossiele brandstof voor stoomproductie

Webinar

vrijdag 29 januari 2021

Postgraduaat Vastgoedkunde

Leuven of Kortrijk

van 4/02/2021 tot 10/12/2021

Toekomst federaal energiebeleid

Webinar

woensdag 10 februari 2021

'Digital Twin' versterkt maakindustrie?

Online event

vrijdag 12 februari 2021

Keuze van de redactie

(21/1) Jan De Nul baggert met 100% duurzame drop-in biobrandstof

(20/1) Siemens combineert offshore productie van groene waterstof

(19/1) Gimv verkoopt telecomspecialist OTN Systems

(19/1) VINCI Energies heeft Legendre Conveyors overgenomen

(15/1) Campine start nieuwe antimoonrecyclage

(14/1) Solvay lanceert waterstofplatform

>> Meer blikvangers

ENGINEERINGNET.BE - Een quantumdot is een nanodeeltje van halfgeleidermateriaal dat zich in bepaalde opzichten gedraagt als een atoom. Zo kunnen quantumdots elektronen aan zich binden met een welbepaalde spin - een tweewaardige quantumeigenschap die lijkt op het draaien van een tol.

Die spin is te gebruiken om informatie in op te slaan en kan zo fungeren als bit voor een quantumcomputer. Het manipuleren van elektronspin kan in principe met een magneetveld, aldus promovendus Hans Tholen van TU Eindhoven.

“Het is echter ondoenlijk om individuele quantumdots te manipuleren met de benodigde hoge magneetvelden, met een sterkte tot wel 10 Tesla. Je hebt dan een joekel van een magneet nodig, terwijl de quantumdots heel klein zijn - zo’n tien nanometer.” Daarom is het praktisch onmogelijk om voor elke quantumdot een ‘eigen’ magneetveld aan te leggen.

Tholen ging daarom uit van min of meer het omgekeerde: hij hield het magneetveld constant en probeerde aan te passen hoe de quantumdot op de waarde van het magneetveld reageert.

Die interactie tussen de elektronspin en een magneetveld wordt onder meer bepaald door de specifieke eigenschappen van het halfgeleidermateriaal waarvan de quantumdot is gemaakt. Tholen: “Die kun je aanpassen door de quantumdot iets in te drukken of uit te rekken.”

Tholen onderzocht onder meer quantumdots in nanodraden. “Die quantumdots kun je maken door tijdens het groeiproces van een nanodraad een schijfje van een ander materiaal in te voegen."

“We waren op zoek naar een situatie waarin je de sterkte van de interactie tussen de elektronspin en het magneetveld van negatief naar positief kunt verschuiven door de trekkracht op de nanodraad te variëren. Dat is nodig om de elektronspins te manipuleren.”

Volgens Tholens berekeningen bleek de component van het magneetveld loodrecht op het oppervlak van de quantumdot, in de lengterichting van de nanodraad, te voldoen aan die vereiste.

Daarbij gaat het niet zozeer om de interactie met een elektron, maar met het ‘gat’ dat een elektron achterlaat nadat deze met behulp van wat laserlicht in een hogere energietoestand is gebracht. Zo’n gat is een quasideeltje dat zich gedraagt als een elektron met tegengestelde lading en spin.

Tholen nam vervolgens een nanodraad, die hij bevestigde op een piezo: een blokje materiaal dat krimpt of uitzet afhankelijk van de elektrische spanning waaraan het materiaal wordt blootgesteld.

“Op die manier konden we de nanodraad, en dus de quantumdot, ongeveer met een tiende uitrekken”, vertelt hij. “Dat deden we middenin een supergeleidende elektromagneet, gekoeld met vloeibaar helium in een twee meter hoge cryostaat.”

Het resultaat van dit getrek las hij aan de hand van laserlicht af dat hij van bovenaf door de centrale schacht van de elektromagneet stuurde. De uitkomsten van het experiment kwamen volgens Tholen overeen met de theoretische modellen.

Voordat deze methode is toe te passen in een quantumcomputer moet er nog veel gebeuren. “De hoeveelheid rek die ik heb toegepast was voldoende om aan te tonen dat het principe werkt, maar voor praktische toepassing heb je grotere krachten nodig.”

Hoe je die het best op zulke kleine schaal kunt opwekken, daar zullen anderen zich over moeten buigen. Tholen gaat nu aan de slag bij chipmachinemaker ASML. << (Lydia Heida) (foto: TU Eindhoven - Bart van Overbeeke)

Reageren
Abonneer op onze nieuwsbrief

Mis ook dit niet...

Nieuwe biosensor regelt automatische medicijndosering

Helia Biomonitoring, een spin-off van TU/e, ontwikkelt nieuwe biosensoren voor continue meting van de concentratie van medicijnen in het bloed, om zo de dosering automatisch te regelen.

Rapport uitgebracht over hernieuwbare energie in Europa in 2018 en 2019

Een nieuw rapport van de EU, gecoördineerd door VITO/EnergyVille, stelt dat verbranding van biomassa voor meer emissies zorgt. De transportsector haalt voor 2020 10% aan groene energie niet.

VINCI Energies heeft Legendre Conveyors overgenomen

VINCI Energies Belgium neemt Legendre Conveyors over. Het derdegeneratie familiebedrijf is gespecialiseerd in transportsystemen en lijnmanagement, vooral in de drankenmarkt.

Port of Antwerp beperkt jaarverlies door record containeroverslag

De totale goederenoverslag van Port of Antwerp in 2020 bedroeg 231 miljoen ton cargo, een daling van 3,1%. Dankzij de containeroverslag beperkte de haven de terugvallende totale overslag.

RoboRana bundelt krachten met AI-speler Humain

Door de samenwerking kunnen zij organisaties beter ondersteunen bij succesvolle digitale innovatie door de juiste strategie te verbinden met de meest impactvolle technologie.

Antwerpse Covestro-vestiging verkrijgt ISCC Plus-certificering

Covestro heeft het ISCC (‘International Sustainability & Carbon Certification’) Plus-massabalanscertificaat verkregen voor haar productievestigingen in Antwerpen en Krefeld-Uerdingen.

Nieuwste Airbus A400M geleverd

Enkele maanden na Luxemburg nam ook de Belgische luchtmacht eind december het eerste van zeven Airbus A400M militaire transportvliegtuigen in ontvangst. Dit is de opvolger van de oude C130's.

Nieuwe methode voor efficiëntere omzetting biomassa

Door twee chemische reacties aan elkaar te koppelen, wordt biomassa nu directer en efficiënter omgezet naar bio-aromaten. TNO spin-off Relement gaat de methode in de markt zetten.

B&R vereenvoudigt het beheer van gebruikersgroepen

B&R heeft het centrale gebruikersbeheer op fabrieksniveau vereenvoudigd. Met de mapp UserX softwaremodule is het nu mogelijk diensten op basis van LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) te gebruiken om gecentraliseerd beheer van gebruikers en -groepen te implementeren. Bijvoorbeeld met behulp van Active Directory van Microsoft. >>

Partners