ENGINEERINGNET.BE - In 1998 publiceerden onderzoekers Daniel Loss and David P. DiVincenzo het baanbrekende werk 'quantum computation with quantum dots'. In deze studie werd het huppelen van spins voorgesteld als basis voor qubit logica, maar een experimentele implementatie bleef uit.
Na ruim 20 jaar heeft QuTech, een samenwerking tussen TU Delft en TNO, aangetoond dat de oorspronkelijke 'hopping gates' inderdaad mogelijk zijn, met zeer geavanceerde prestaties.
Qubits gebaseerd op quantumdots worden wereldwijd bestudeerd omdat ze beschouwd worden als een goed uitgangspunt voor de bouw van een quantumcomputer.
De meest populaire aanpak is om een enkel elektron te vangen en een magnetisch veld toe te passen, zodat de spin van het elektron gebruikt kan worden als een qubit en te besturen is door microgolfsignalen.
QuTech toont nu aan dat er geen microgolfsignalen nodig zijn. Basisbandsignalen en kleine magnetische velden zijn voldoende om universele qubit-aansturing te bereiken. Zo is de besturingselektronica van toekomstige quantumprocessoren sterk te vereenvoudigen.
Het beheersen van de spin vereist het huppelen van quantum dot naar dot en een fysisch mechanisme dat in staat is om die te laten roteren. Daarvoor pionierde QuTech met germanium.
Deze halfgeleider zou op zichzelf al spinrotaties mogelijk kunnen maken. Onderzoeker Chien-An Wang van QuTech: “Germanium heeft het voordeel dat spins langs verschillende richtingen uitgelijnd kunnen worden in verschillende quantum dots.”
Het bleek dat er hele goede qubits gemaakt kunnen worden door spins te laten huppelen tussen zulke quantum dots. “We hebben een foutmarge gemeten van minder dan duizend voor één-qubit poorten en minder dan honderd voor twee-qubit poorten.”
Eerst werd controle gekregen over twee spins in een systeem met vier quantumdots. Daarna onderzocht het team het rondhuppelen over meerdere quantumdots. Voor quantum computing is het nodig om grote aantallen qubits met hoge precisie te bedienen en te koppelen.
Verschillende trampolines zorgen ervoor dat mensen verschillende draaimomenten ervaren bij het springen, en op dezelfde manier resulteren spins tussen quantumdots ook in unieke rotaties. Het is dus belangrijk om de variabiliteit te karakteriseren en te begrijpen.
QuTech heeft nu besturingsroutines ontwikkeld die het mogelijk maken om spins te laten huppelen naar elke quantumdot in een verzameling van 10 quantumdots, waardoor het mogelijk is om belangrijke qubitkenmerken te onderzoeken in uitgebreide systemen.
Hoofdonderzoeker Menno Veldhorst: "Wij geloven dat het van cruciaal belang is om efficiënte regelschema's te ontwikkelen voor de werking van toekomstige quantumcomputers en deze nieuwe aanpak is veelbelovend.”
