In 1965, zakenman en computerwetenschapper Gordon Moore merkte op dat het aantal transistors in een dicht geïntegreerd circuit ongeveer elke twee jaar verdubbelt, wat een verdubbeling van de rekenkracht van de computer betekent. De voorspelling was zo nauwkeurig dat dit fenomeen de "wet van Moore" werd genoemd.

Om de wet van Moore in stand te houden, fabrikanten moeten transistoren blijven krimpen. Gefinancierd door het EU Future and Emerging Technology (FET)-programma, het TOLOP-project probeerde de computerverwerking op deze manier te innoveren door elektronische apparaten met een enkel elektron te gebruiken, waardoor het aantal componenten in een processor kan worden verminderd.

De uitdaging was om te bestuderen hoe single-elektron transistors in massa geproduceerd konden worden, geïntegreerd in conventionele circuits en kijk of ze betrouwbaar kunnen werken. TOLOP werkte aan single-electron en single-atom transistors, welke ontwerpen niet veel verschillen van die welke in de huidige microprocessors worden gebruikt.

"De grote vooruitgang die TOLOP heeft aangetoond, is dat apparaten met één elektron op industrieel niveau kunnen worden gebouwd, " zegt M. Fernando Gonzalez-Zalba, in het Hitachi Cambridge-laboratorium, Universiteit van Cambridge, VK.

Het onderzoek toonde aan dat de nieuwe apparaten met één elektron in massa kunnen worden geproduceerd en extra functionaliteiten kunnen bieden dan de huidige state-of-the-art transistors. Het nadeel is dat het alleen onder kamertemperatuur kan, omdat bij hogere temperaturen, de effecten van één elektron worden te zwak om in toepassingen te worden gebruikt.

Echter, terwijl de technologie de natuurlijke beperkingen van conventionele transistorminiaturisatie benadrukte, een onverwachte uitkomst was de toepasbaarheid van hun apparaten met één elektron voor kwantumcomputertests, waar de binaire wetten die gebruikelijk zijn voor reguliere transistors niet van toepassing zijn. Dit komt omdat ze erin geslaagd zijn om de transistors te laten werken als kwantumbits, of 'qubits, " die de kern vormen van de kracht van kwantumcomputers.

De bevinding is nu de nieuwe focus geworden van het TOLOP-onderzoeksteam dat onlangs extra geld heeft gekregen om hun werk voort te zetten. "We willen laten zien dat dezelfde technologie die voor onze computers wordt gebruikt ook kan worden gebruikt voor kwantumberekeningen. " M. Fernando Gonzalez-Zalba legt uit.

De gecreëerde qubits zijn grotendeels gebaseerd op huidige transistormodellen, dus als deze nieuwe apparaten zouden kunnen worden vervaardigd met behulp van dezelfde nanofabricagemethoden voor conventionele transistors, de productiekosten zouden aanzienlijk worden verlaagd, kwantumcomputing een stap dichter bij de markt brengen.

Er is nog een weg te gaan, maar de toekomstige massaproductie van kwantumcomputers is misschien net iets dichter bij het heden gekomen. Door te proberen de Wet van Moore bij te houden, kan het zijn dat het TOLOP-project ons een stap verder heeft gebracht.