Een team van de Universiteit van Tsukuba bestudeerde een nieuw proces voor het creëren van coherente roostergolven in siliciumkristallen met behulp van ultrakorte laserpulsen. Met behulp van theoretische berekeningen in combinatie met experimentele resultaten die zijn verkregen aan de Universiteit van Pittsburgh, ze waren in staat om aan te tonen dat coherente trillingssignalen in de monsters konden worden gehandhaafd. Dit onderzoek kan leiden tot kwantumcomputers op basis van bestaande siliciumapparaten die snel taken kunnen uitvoeren buiten het bereik van zelfs de snelste supercomputers die nu beschikbaar zijn.

Van thuis-pc's tot zakelijke servers, computers vormen een centraal onderdeel van ons dagelijks leven, en hun macht blijft in een verbazingwekkend tempo groeien. Echter, er zijn twee grote problemen die opdoemen aan de horizon voor klassieke computers. De eerste is een fundamentele limiet voor het aantal transistors dat we in een enkele processor kunnen stoppen. Eventueel, als we hun verwerkingscapaciteit willen blijven vergroten, is een totaal nieuwe aanpak nodig. De tweede is dat zelfs de krachtigste computers worstelen met bepaalde belangrijke problemen, zoals de cryptografische algoritmen die uw creditcardnummer veilig op internet houden, of de optimalisatie van routes voor het bezorgen van pakketten.

De oplossing voor beide problemen kunnen kwantumcomputers zijn, die profiteren van de regels van de natuurkunde die zeer kleine schalen beheersen, zoals bij atomen en elektronen. In het kwantumregime, elektronen gedragen zich meer als golven dan biljartballen, met posities die "uitgesmeerd" zijn in plaats van definitief. In aanvulling, verschillende onderdelen kunnen verstrikt raken, zodat de eigenschappen van elk niet volledig kunnen worden beschreven zonder verwijzing naar de ander. Een effectieve kwantumcomputer moet de samenhang van deze verstrengelde toestanden lang genoeg behouden om berekeningen uit te voeren.

In het huidige onderzoek is een team van de Universiteit van Tsukuba en Hrvoje Petek, RK Mellon Chair of Physics and Astronomy aan de Universiteit van Pittsburgh gebruikte zeer korte laserpulsen om elektronen in een siliciumkristal te exciteren. "Het gebruik van bestaand silicium voor kwantumcomputing zal de overgang naar kwantumcomputers veel gemakkelijker maken, " legt eerste auteur Dr. Yohei Watanabe uit. De energetische elektronen creëerden coherente trillingen van de siliciumstructuur, zodanig dat de bewegingen van het elektron en de siliciumatomen verstrengeld raakten. De toestand van het systeem werd vervolgens gesondeerd na een variabele vertragingstijd met een tweede laserpuls.

Op basis van hun theoretische model, de wetenschappers waren in staat om oscillaties te verklaren die werden waargenomen in de gegenereerde lading als een functie van de vertragingstijd. "Dit experiment onthult de onderliggende kwantummechanische effecten die de coherente trillingen beheersen, " zegt senior auteur prof. Muneaki Hase, wie de experimenten heeft uitgevoerd. "Op deze manier, het project is een eerste stap naar betaalbare kwantumcomputers voor consumenten."