Onderzoekers van, onder meer, het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente zijn er, in samenwerking met collega’s uit Delft en Eindhoven, in geslaagd om nanodraadjes te ontwikkelen waarmee je individuele elektronen kunt invangen in een ‘kwantumstip’, die tevens supergeleiding vertonen. Hierdoor zouden ze een rol kunnen spelen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers, denken de onderzoekers. Ze hebben het zelfs over het bijna ideale materiaal voor kwantumeffecten al zijn ze er niet zeker van dat hun vinding het ideale materiaal is voor de bouwstenen van een kwantumrekentuig..
Kwantumcomputers maken gebruik van kwantumeigenschappen van materialen die zich voordoen in de nanowereld. Hierdoor vraagt een kwantumcomputer om compleet andere bouwstenen dan een klassieke computer. Wetenschappers wereldwijd werken aan deze bouwstenen, maar het ideale materiaal is nog niet gevonden. De onderzoekers denken met hun vinding die ontwikkeling een ferme stap dichterbij te hebben gebracht (maar ze zijn niet de eersten die dat denken).
De onderzoekers slaagden er in om nanodraadjes te maken van germanium en silicium waarin je afzonderlijke elektronen kunt opsluiten in een zogeheten kwantumstip. Die blijkt nog supergeleidend te kunnen zijn ook (de stroom wordt weerstandsloos doorgeven). De combinatie van een kwantumstip en supergeleiding maakt het mogelijk om Majorana-fermionen te vormen, exotische deeltjes (of ook groepen deeltjes die zich gezamelijke als een deeltje gedragen) die zelf hun eigen antideeltje zijn en die, volgens de onderzoekers, worden gezien als een belangrijk ingrediënt van de toekomstige kwantumcomputer.
De prestatie is geen primeur. Wat wel nieuw is is de samenstelling: een kern van germanium met een huls van silicium. Volgens onderzoeker Joost Ridderbos is, naast het goede kwantumgedrag, het belangrijkste voordeel van dit materiaal dat het met extreme grote nauwkeurigheid is te maken; elk atoom zit op de juiste plek. “Of dit het materiaal is dat uiteindelijk in kwantumcomputers terecht komt durf ik niet te zeggen. Ik heb geen glazen bol. Wat ik wel weet is dat dit een ideaal materiaal is om fundamenteel onderzoek mee te doen dat relevant is voor de ontwikkeling van kwantumcomputers. Het is het perfecte materiaal om te onderzoeken wat de juiste route richting deze computer is.”
Aangroeien
In hun onderzoek lieten de onderzoekers draadjes aangroeien tot een diameter van circa 20 nm. Vervolgens voorzagen ze die van minuscule elektrodes van aluminium. Bij een temperatuur van 0,02°C boven het absolute nulpunt van -273,15°C (0 K) bleken de draadjes supergeleidend te zijn. Heel erg praktisch lijkt me dat niet, maar dat zal aan mijn (brede) onwetendheid liggen. Met een extern elektrische veld wisten de onderzoekers een kwantumstip te vormen met precies één gat er op (een ontbrekend elektron).
Bron: Alpha Galileo