Zes kwantumbits in silicium, een nieuwe mijlpaal voor QuTech

Wat de ideale hardware is voor een kwantumcomputer, is nog altijd niet duidelijk. Verschillende groepen in de wereld hebben kwantumopstellingen met vele tientallen qubits door gebruik te maken van bijvoorbeeld supergeleidend materiaal. Die zijn echter nogal instabiel waardoor veel van de rekencapaciteit weer verloren gaat aan controles. Ook is het niet eenvoudig om dergelijke installaties op grote schaal te produceren.

Stabielere qubits

De opstelling met zes qubits, waar Qutech nu over heeft gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijk tijdschrift Nature, steekt daar wat aantallen qubits betreft een beetje magertjes tegen af. Voor een kwantumcomputer die bruikbare berekeningen kan maken, zijn minstens honderd qubits nodig. Maar volgens de onderzoekers bij QuTech is hun aanpak veelbelovend. De qubits in hun ontwerp zijn namelijk veel stabieler en heel goed aan te sturen. Bovendien maakt het nieuwe ontwerp gebruik van silicium, dat ook de basis vormt van alle hedendaagse chips. De hele chipindustrie is ingericht op silicium, wat het opschalen van het productieproces van deze kwantumchips in een later stadium veel eenvoudiger maakt.

De nieuwe architectuur bestaat uit zes 'houders' of 'quantum dots' in een rijtje die precies 90 nm van elkaar verwijderd zijn. In elk van de quantum dots wordt een elektron geplaatst. De draairichting van het elektron (spin) bepaalt de kwantummechanische eigenschappen. Het elektron wordt gemanipuleerd met behulp van elektromagnetische golven, magnetische velden en elektrische spanningsverschillen waarmee de spin van het elektron kan worden beheerd en gemeten. De elektronen kunnen ook onderling een interactie aangaan.

Silicium beter maar moeilijker

Het werk aan de spinelektron-gebaseerde quantum dots in silicium heeft zijn eigen uitdagingen. Binnen QuTech wordt al langer aan deze route naar grotere kwantumcomputers gewerkt. Doordat voortgebouwd kon worden op het eerdere werk met quantum dots in silicium, konden de onderzoekers nu in deze nieuwe architectuur al met zes qubits werken, terwijl anderen tot nog toe hooguit tot een opstelling met drie qubits kwamen.

"Met dit onderzoek verleggen we de grenzen met het aantal qubits. We bereiken bovendien hoge betrouwbaarheid in initialisatie en uitlezen, en in het samenwerken van twee qubits", zegt teamleider professor Lieven Vandersypen. "Wat het echt opmerkelijk maakt, is dat we al deze karakteristieken samen kunnen demonstreren in een enkel experiment op een record aantal qubits."