ENGINEERINGNET.BE - Nu quantumcomputers realiteit worden, ontstaat er een nieuw probleem, zegt projectcoördinator Mazhar Ali: "We hebben geen algemene brug om quantuminformatie van qubits of quantumsensoren over te brengen naar het telecommunicatieweb dat de planeet omringt."
"Deze brug heet quantumtransductie: het omzetten van quantuminformatie naar een elektromagnetisch signaal dat geschikt is voor telecommunicatie en weer terug. Breedbandtransductie, het omzetten van deze informatie over een breed frequentiebereik, stelt ons in staat om verbinding met elkaar te maken, met elkaar te praten en al onze apparaten gecoördineerd te gebruiken."
Daarom hebben quantumfysici en biofysici van TU Delft, QuTech en het Kavli Institute of Nanoscience Delft hun krachten gebundeld om op zoek te gaan naar breedband quantumtransductie.
"Qubits werken bij relatief specifieke frequenties van vijf tot tien gigahertz. Dat betekent dat we een brug moeten vinden van het qubitbereik van een paar gigahertz naar het telecombereik van honderden gigahertz,” zegt Ali.
"Ook is er de uitdaging om quantummechanische informatie te behouden bij het delen van het signaal. We zouden graag dezelfde vormen van communicatie gebruiken die we al hebben, met behoud van informatie uit quantumdeeltjes en hun fase voor een breed frequentiebereik."
Quantummaterialen zoals grafeen en supergeleiders kunnen de sleutel zijn tot quantumtransductie, omdat hun gedrag voornamelijk wordt bepaald door quantumprocessen. "Er zijn veel verschillende soorten quantumovergangen te vinden in quantummaterialen met het juiste energiebereik die we nodig hebben om quantumapparaten te verbinden met telecomfrequenties,” zegt Ali. "Quantummaterialen lijken dus een logische match als we breedband quantumtransducers willen maken met overgangen die in dit frequentiebereik liggen."
"Een andere plek waaruit we inspiratie halen is de nanobiologie," zegt Ali. "Ons lichaam is voortdurend bezig met transductie. Bijvoorbeeld het oog: verschillende soorten moleculen in het oog knikken om wanneer er licht op het oog valt. De knik veroorzaakt een kleine chemische verandering, die op zijn beurt een elektrische piek veroorzaakt die helemaal naar de hersenen toe gaat."
"Omdat zichtbaar licht in het terahertzbereik ligt, blijken deze moleculen al antennes te zijn voor terahertz-signalen. We willen onderzoeken of we deze moleculen kunnen combineren met onze quantummaterialen als sensoren. Deze moleculen zouden dan de overgangen in het materiaal kunnen triggeren die quantuminformatie doorgeven."
Over vijf jaar hopen de wetenschappers tenminste één vorm van breedband quantumtransductie te kunnen demonstreren. De Kavli Institute Innovation Award is een subsidie van The Kavli Foundation en biedt financiering voor ‘high-risk, high-reward’ onderzoeksprojecten.
