Einde van de chip komt in zicht

Willen de circuits in hetzelfde tempo vooruit blijven gaan als in de afgelopen jaren, dan zal dat niet meer met silicium kunnen. Andere technieken zullen uitkomst moeten bieden, zoals nanobuisjes of supergeleidende materialen. Op beide vlakken wordt vooruitgang geboekt, zij het langzaam. Bij nanotubes is het de kunst om de buisjes zo te groeperen dat een werkzame schakeling ontstaat en bij supergeleiding moet een materiaal worden gevonden dat die eigenschap bezit bij kamertemperatuur. Bovendien moet het supergeleidende effect gedurende lange tijd aanwezig zijn en niet alleen bij een kortstondig experiment in het laboratorium.
Aan de universiteit van Leeds wordt geëxperimenteerd met nanobuisjes als basis voor computerschakelingen. Professor Brian Hickey ontwikkelde daar een techniek om nanobuisjes met hoge precisie op een substraat te kunnen plaatsen. Inmiddels is het gelukt om de buisjes zo neer te zetten dat een logische schakeling ontstaat. Een volgend probleem is het vertalen van de laboratoriumtechniek naar een industrieel proces. “We hebben de buisjes nu met de hand op hun plaats gelegd. Prima om aan te tonen dat de techniek werkt, maar niet geschikt om schakelingen op grote schaal te maken”, aldus Chris Allen, een van de medewerkers van Hickey.
Een alternatief voor nanobuisjes is het quantumcircuit, dat zowel optisch als elektrisch kan worden gemaakt. Onderzoek naar de optische variant wordt uitgevoerd aan de universiteit van Bristol. Een team onder leiding van dr. Jeremy O’Brien heeft een zogeheten NOT-schakeling gebouwd die werkt met fotonen in een quantumstaat. De schakeling bestaat uit golfgeleiders die op een chipoppervlak zijn aangebracht.
In de geleiders bewegen paren fotonen, die in een quantumstaat zijn gebracht. Dat wil zeggen dat ze een superpositie van twee bits tegelijk voorstellen. Door de NOT-schakeling wordt de dubbele bit-inhoud van het fotonenpaar omgekeerd. Volgens de onderzoekers is dit de eerste keer dat zoiets is gelukt op een substraat zelf en dus zonder een hele hoop ondersteunende elektronica.
De elektrische versie van de quantumcomputer berust op het fenomeen supergeleiding. Het onderzoek naar deze vorm wordt gedaan in zowel de VS als Nederland (TU Delft). In een supergeleidend materiaal ondervinden elektronen geen weerstand. Wordt het materiaal in een cirkelvorm gezet, dan kunnen de elektronen zeer lange tijd in zo’n ring rondtollen. Zo’n rondtollend elektron gedraagt zich als een quantumbit, ook wel qubit genoemd. Qubits vormen de basis van een quantumcomputer.
Er worden ringetjes van aluminium gebruikt, die op een substraat van saffier zitten. Het geheel wordt gekoeld tot 0,1 graad boven het absolute nulpunt. Tussen twee ringen is een lichtgeleider aangebracht. Nu is het de kunst om de ene ring zodanig aan te slaan dat een foton wordt opgewekt. Dat lichtdeeltje beweegt door de lichtgeleider naar de tweede ring, en beïnvloedt daar de status van het rondtollende elektron. Bij dit proces blijft de quantumstaat van de eerste ring intact. Eerdere proeven om twee quantumbits elkaar te laten beïnvloeden, hadden onherroepelijk tot resultaat dat het aansturende qubit verstoord werd.
/r.keijzer@sdu.nl