De ‘gekleide’ fotondetector van het MIT (afb: MIT)

De kwantumcomputer is, ondanks het rekentuig van het Canadese bedrijf D-Wave Systems, nog steeds toekomst. Hoe krijg je die zich verdomd vreemd gedragende minuscule deeltjes in het gareel? Dat is het grootste probleem. Het minste of geringste brengt de kwantumdeeltjes uit hun evenwicht. Onderzoekers van het MIT in Cambridge (VS), wie anders, zeggen met detectoren die vrij goed afzonderlijke fotonen (lichtdeeltjes) kunnen waarnemen een belangrijke stap te hebben gezet op weg naar kwantumchips.

De MIT-onderzoekers bouwden een raster van lichtdetectors en plaatsten die op een optische siliciumchip. Dat soort fijngevoelige sensors is nogal lastig te maken. Van de 100 die je denkt te maken, doen het er misschien een paar. Faraz Najafi en medeonderzoekers schijnen een methode ontwikkeld te hebben om de detectoren afzonderlijk te maken en te testen en alleen die werken op de chip aan te brengen. Klinkt helder. Daardoor zouden ze een dichtere pakking krijgen dan met de ‘oude’ technieken mogelijk is. De onderzoekers beweren dat ze een tot 100 keer grotere kans hebben om de aankomst van een foton accuraat te registreren dan tot nu toe is gerealiseerd. “Je maakt beide delen, de detectors en de fotochip, apart volgens de beste methode en brengt ze dan bij elkaar”, zegt Najafi.

In de kwantummechanica die met de kwantumcomputer samenhangt speelt verstrengeling een belangrijke rol, de kwantumeigenschap dat deeltjes elkaar over afstand kunnen ‘voelen’: een paar op afstand (dat moet je niet proberen te begrijpen). Bij deeltjes zou die verstrengeling moeilijk te handhaven zijn, anders dan bij fotonen. Daar heb je wat aan als je wilt ‘spelen’ met informatie. “Uiteindelijk wil je zulke optische kwantumprocessoren maken met tientallen, honderden kwantumbits en dat is haast ondoenlijk als je de traditionele optische componenten gebruikt”, zegt Dirk Englund, Najafi’s mentor. “Het is niet alleen lastig, maar waarschijnlijk onmogelijk, want als je een groot systeem wilt bouwen zou de beweging van dat materiaal genoeg ruis veroorzaken die de kwantumtoestanden zou verstoren. Daarom wordt er gestreefd naar verkleining van deze optische circuits op fotonische geïntegreerde schakelingen.”

De bezoekers begonnen met een optische siliciumchip die gemaakt werd met conventionele technieken. Op een aparte chip lieten ze een dunne, flexibele laag siliciumnitride groeien, waarop weer een laag supergeleidend niobiumnitride (bij 16 K oftewel -257°C) werd aangebracht in een voor fotondetectie dienstig patroon. Aan beide einden van de zo ontstane detector kwamen goudelektroden. Aan een kant van de siliciumnitridelaag werd een druppie het siliciumpolymeer polydimethylsiloxaan aangebracht. Daar tegenaan werd een wolfraamdraadje gedrukt dat gebruikt wordt voor het meten van spanningen in experimentele chips. “Het is net kleiën”, zegt Englund. Met het wolfraamdraadje wordt de detector van de ondergrond geplukt en op de optische chip aangebracht. In oudere experimenten met fotondetectoren  werd slechts 0,2% van de foton gedetecteerd. Er zijn betere systemen die tot 2% waarnemen, maar de MIT-ers zeggen een score te hebben van 20%. Dat is nog lang geen 90% zoals nodig geacht wordt voor een fatsoenlijke kwantumcomputer, maar het is een stap in de goede richting.

Bron: Eurekalert