Nieuwe aanpak van Majorana-onderzoek met korte nanodraden

QuTech en TU Eindhoven hebben zogeheten sobere Majorana-deeltjes gemaakt, gebaseerd op twee quantumdots in een nanodraad, die schaalbaar zijn tot een grotere keten van quantumdots.

Trefwoorden: #computer, #deeltje, #quantum

Lees verder

research

( Foto: TU/e - Bar Dvir )

ENGINEERINGNET.BE - Quantumcomputers maken gebruik van qubits die tegelijkertijd een 0 en een 1 kunnen vertegenwoordigen, zodat ze meerdere berekeningen tegelijk kunnen uitvoeren.

"Qubits gebaseerd op Majorana-deeltjes zijn weerbaarder tegen bepaalde soorten quantumfouten," aldus Tom Dvir, postdoctoraal onderzoeker bij QuTech. "Die vertegenwoordigen namelijk een grote uitdaging bij de ontwikkeling van schaalbare quantumcomputers."

Zijn collega Guanzhong Wang: "In tegenstelling tot gewone qubits verschijnen Majorana's altijd in paren en vormt ieder paar een gedelokaliseerd elektron. Dat betekent dat één deel van het Majorana-deeltje zich aan de ene kant van een nanodraad kan bevinden en het andere deel aan de andere kant."

"Om het Majorana-deeltje te kunnen manipuleren, moeten we beide uiteinden tegelijkertijd beïnvloeden. Dat maakt ze aantrekkelijk voor quantumberekeningen, want als één deel wordt getroffen door ruis, blijft de andere helft ongedeerd."

De onderzoekers produceerden twee quantumdots dicht bij elkaar, gescheiden door een korte halfgeleider/supergeleider nanodraad. De quantumdots werden op twee manieren elektrisch met elkaar verbonden.

De eerste door elektronen die tussen beide dots heen en weer pendelden. De tweede door elektronenparen die gelijktijdig de halfgeleider/supergeleider nanodraad betraden en verlieten. De onderzoekers hebben een nieuwe methode laten zien om beide processen, de sleutel tot de vorming van de Majorana-deeltjes, zeer nauwkeurig te beheersen.

Dvir: "Ons doel is om meer dots te gebruiken, zodat de elektronenhelften verder uit elkaar kunnen worden gedreven. Hoe verder de Majorana-deeltjes gescheiden zijn, hoe beter de resulterende qubits beschermd zijn tegen ruis."

“De moeilijkheid om meer dots aan het systeem toe te voegen neemt, naar verwachting, niet exponentieel maar lineair toe. Dat is omdat we elk punt afzonderlijk kunnen afstellen, waardoor we makkelijker de ideale configuratie kunnen vinden.”

Hoofdonderzoeker Leo Kouwenhoven: "Als we naar de toekomst kijken, zijn er twee belangrijke doelen. De eerste is het maken van een volledige topologische Majorana op basis van de sobere Majorana's. Het tweede doel is om van deze Majorana's qubits te maken. Dat vergt meerdere exemplaren van het systeem en verdere verfijning."

Bij de foto boven: Impressie van de Kitaev-keten in twee gekoppelde quantumdots (wit met zwarte pijlen), waarin de grotere groene pijlen het Majorana-deel van het systeem voorstellen en de kleine witte stippen met pijlen de elektronen en hun spin.