Het majoranahekje (afb: TU Delft)
Nederlandse natuurkundigen denken de komst van de kwantum-computer een stuk dichterbij te hebben gebracht. Ze hebben een geheugenelement voor kwantumcom-puters ontwikkeld dat in zichzelf bestand is tegen verstoringen, een groot probleem voor kwantumcomputers.
Kwantumcomputers gebruiken de voor normale mensen idiote wetten van de kwantummechanica om, is het idee, veel sneller dan digitale rekentuigen berekeningen uit te kunnen voeren. Of dat over de hele linie ook zo is moet nog steeds worden bewezen. In digitale rekentuigen wordt informatie opgeslagen in enen en nullen, de zogeheten bits. In een kwantumcomputer zijn de (kwantum)bits deeltjes met een onduidelijke toestand, de superpositie. Dat maakt dat kwantumcomputers in theorie veel sneller kunnen werken dan digitale.
Bedrijven als Microsoft investeren miljarden in onderzoek naar kwantumcomputers. Zo gaat er onder meer veel geld naar de QuTechgroep in het Nederlandse Delft. De Delftse hoogleraar Leo Kouwenhoven trad onlangs zelfs helemaal in dienst bij dat bedrijf.
Microsoft is geïnteresseerd vanwege een vinding uit 2012 van de groep van Kouwenhoven, die toen zeer veelbelovend leek voor kwantumrekenen. Ze creëerde aan de uiteinden van een speciaal, deels supergeleidend nanodraadje zogeheten majoranadeeltjes. Zulke ‘deeltjes’ werden al sinds 1937 voorspeld, maar waren nog nooit gevonden.
Majorana’s
Majorana’s hebben zeer exotische eigenschappen, die maken dat een majoranapaar nauwelijks uit elkaar te halen is. Dat maakt ze heel geschikt als stabiele kwantumbits voor een kwantumcomputer. Andere kandidaten voor kwantumbits zijn doorgaans extreem gevoelig voor minieme verstoringen.
De robuustheid van de majorana-bits berust op een vreemde wiskundige eigenschap, die maakt dat ze hechter verbonden raken als ze een paar keer om elkaar heen zijn bewogen. Dat effect wordt wel topologisch vlechten genoemd, omdat het lijkt alsof de deeltjes aan touwtjes zitten die steeds meer verstrengeld raken. De uitdaging, zegt hoogleraar Erik Bakkers van de TU Eindhoven, was om die draaibewegingen werkelijk uit te voeren. “Twee kralen op eenzelfde snoer kun je niet zomaar van plaats verwisselen. Dan moet je iets slims doen.”
Bakkers en groepen in Delft en bij Microsoft hebben nu een manier gevonden om die draaitruc tot stand te brengen. Daartoe laten ze vier majoranaproducerende nanodraadjes zo groeien dat ze een hekjesachtig patroon met vier kruisingen vormen. Onder de kruisingen kunnen majoranadeeltjes worden opgesloten. Met kleine stroomstootjes worden die vervolgens in het vierkantje rondgedirigeerd, tot ze het rondje hebben voltooid dat het paar stabiliseert.
Bron: de Morgen