ENGINEERINGNET.BE - Er wordt al meer dan twee decennia onderzoek gedaan naar elektronen opgesloten in quantum dots – halfgeleider structuren van enkele tientallen nanometers groot – als platform voor quantuminformatie.
Ondanks alle beloften is twee-qubit logica hiermee tot nu toe het hoogst haalbare gebleken. Om tot een doorbraak te komen besloot QuTech, een samenwerking tussen TU Delft en TNO, tot een heel andere aanpak, waarbij ze gebruik maken van gaten, ofwel afwezige elektronen, in germanium.
De elektrodes voor het definiëren van de qubits konden door deze aanpak ook gebruikt worden om ze te controleren en te verstrengelen. ‘Omdat we geen grote structuren aan iedere qubit hoeven toe te voegen zijn onze qubits vrijwel identiek aan de transistoren in een computerchip,’ zegt promovendus Nico Hendrickx.
‘We hebben bovendien uitstekende controle over de qubits en kunnen ze aan elkaar koppelen om zo een, twee, drie en vier-qubit logische poorten te programmeren. Dit is veelbelovend met het oog op zeer efficiënte quantumberekeningen.’
Nadat ze in 2019 de eerste germanium quantum dot qubit vervaardigden, is het aantal qubits op hun chips elk jaar verdubbeld. ‘Met vier qubits heb je natuurlijk nog lang geen quantumcomputer,’ zegt Menno Veldhorst van QuTech.
‘Maar door de qubits in een twee-bij-twee raster te plaatsen weten we nu hoe we ze in verschillende richtingen kunnen controleren en koppelen.’ Elke realistische architectuur voor het integreren van grote aantallen qubits gaat ervan uit dat ze in twee dimensies onderling met elkaar verbonden zijn.
De nu gedemonstreerde vier-qubit logica in germanium is de state-of-the-art wat betreft quantum dot technologie en een belangrijke stap richting grote, dicht-opeengepakte tweedimensionale rasters van halfgeleider qubits.
Germanium is niet alleen compatibel met geavanceerde halfgeleider fabricage technologie, maar het is ook een zeer veelzijdig materiaal. Het heeft fascinerende natuurkundige eigenschappen zoals spin-baan-koppeling en het kan goede verbindingen aangaan met andere materialen, waaronder supergeleiders.
Veldhorst: ‘Nu we germanium kunnen vervaardigen en de eerste quantum processors hebben gerealiseerd, kunnen we echt op weg naar het maken van veelzijdige germanium quantumtechnologie.'
