ENGINEERINGNET.BE - De computers van de toekomst rekenen niet meer met enen en nullen, maar met quantumbits die beide toestanden tegelijk kunnen aannemen.
In theorie maakt dat ze supersnel en heel krachtig, maar in de praktijk is het bouwen van quantumbits een enorme uitdaging: ze zijn namelijk heel gevoelig voor ruis en raken hun informatie snel kwijt.
Onderzoekers zoeken daarom naar materialen die stabiel genoeg zijn om de kwetsbare quantumtoestanden te beschermen. Onderzoekers van UUtrecht en UTwente laten zien dat ultrasmalle reepjes van het materiaal germaneen veelbelovend zijn.
Een jaar geleden liet dit team al zien dat nanolinten van germaneen, reepjes van zo’n twee tot vier atomen breed, bijzondere quantumtoestanden hebben aan hun uiteinden. Deze studie gaat daarop verder en toont dat je die toestanden ook kunt manipuleren.
“We kunnen de topologische fase van germaneen ‘omzetten’ met een elektrisch veld,” zegt natuurkundige Lumen Eek van UUtrecht. “Dit is de eerste keer dat dit in dit soort materiaal omkeerbaar lukt, zowel theoretisch als experimenteel.”
Germaneen lijkt op grafeen, het bekende enkele atoomlaagje koolstof, maar is opgebouwd uit het zwaardere element germanium.
Dat verschil maakt het materiaal nét iets anders: omdat de germaniumatomen groter zijn dan koolstofatomen, ontstaat er een golvend patroon in het laagje.
Die ribbelige structuur maakt germaneen gevoelig voor elektrische velden van een scanning-tunnelingmicroscoop, waarmee het materiaal stuurbaar wordt.
In het lab gebruiken de onderzoekers de extreem kleine, scherpe naald van een scanning-tunnelingmicroscoop om individuele atomen te benaderen.
Door het lokale elektrische veld te veranderen, kunnen ze de quantumtoestand aan het uiteinde van een nanolint schakelen tussen twee toestanden: aan of uit, 1 of 0. “Je kunt dat vergelijken met bits in een klassieke computer,” zegt Eek.
De controle over die randtoestanden maakt germaneen interessant als bouwsteen voor topologische qubits.
Zulke qubits zouden veel minder gevoelig zijn voor verstoringen van buitenaf, een van de grootste obstakels voor het ontwikkelen van betrouwbare quantumcomputers.
“De toestanden in germaneen zijn topologisch beschermd. Ze zijn dus minder gevoelig voor ruis.”
