Onderzoekers van QuTech, een samenwerking van TU Delft en TNO, hebben aangetoond dat dezelfde technologie die wordt gebruikt om miljarden transistoren op een chip aan te brengen ook gebruikt kan worden om een tweedimensionale array van qubits te vervaardigen die gezamenlijk als quantumprocessor opereren. Het onderzoek, een cruciale mijlpaal voor schaalbare quantumtechnologie, is vandaag in Nature gepubliceerd.
Quantumcomputers kunnen mogelijk problemen oplossen waarvoor klassieke computers tekortschieten. Waar huidige quantumapparaten over tientallen qubits beschikken – de bouwsteen van alle quantumtechnologie – zal een toekomstige quantumcomputer zeer waarschijnlijk uit miljoenen tot miljarden qubits bestaan. Omdat ze met standaard halfgeleidertechnologie kunnen worden gedefinieerd, dragen quantum dot qubits de belofte van schaalbaarheid met zich mee. Menno Veldhorst van QuTech: ‘Door vier van zulke qubits in een twee-bij-twee raster te plaatsen, aan te tonen dat we hier universele controle over hebben, en berekeningen in te voeren die alle qubits met elkaar verstrengelen, hebben we een belangrijke stap gezet richting schaalbare quantumberekeningen.’
Er wordt al meer dan twee decennia onderzoek gedaan naar elektronen opgesloten in quantum dots – halfgeleider structuren van enkele tientallen nanometers groot – als platform voor quantuminformatie. Ondanks alle beloften is twee-qubit logica hiermee tot nu toe het hoogst haalbare gebleken. Om tot een doorbraak te komen besloten de groepen van Menno Veldhorst en Giordano Scappucci tot een geheel andere aanpak, waarbij ze gebruik maken van ‘gaten’ (afwezige elektronen) in germanium. De elektrodes voor het definiëren van de qubits konden door deze aanpak ook gebruikt worden om ze te controleren en te verstrengelen. ‘Omdat we geen grote structuren aan iedere qubit hoeven toe te voegen zijn onze qubits vrijwel identiek aan de transistoren in een computerchip,’ zegt Nico Hendrickx, promovendus in de groep van Menno Veldhorst en eerste auteur van het artikel. ‘We hebben bovendien uitstekende controle over de qubits en kunnen ze aan elkaar koppelen om zo een, twee, drie en vier-qubit logische poorten te programmeren. Dit is veelbelovend met het oog op zeer efficiënte quantumberekeningen.’
