Onderzoekers van de Simon Fraser University hebben een cruciale doorbraak bereikt in de ontwikkeling van kwantumtechnologie.

Hun onderzoek, gepubliceerd in Nature beschrijft vandaag hun waarnemingen van meer dan 150.000 silicium "T-centrum" foton-spin qubits, een belangrijke mijlpaal die onmiddellijke mogelijkheden ontsluit om enorm schaalbare kwantumcomputers te bouwen en het kwantuminternet dat ze zal verbinden.

Quantum computing heeft een enorm potentieel om rekenkracht te bieden die veel verder gaat dan de mogelijkheden van de huidige supercomputers, wat voor vooruitgang zou kunnen zorgen op vele andere gebieden, waaronder chemie, materiaalkunde, geneeskunde en cyberbeveiliging.

Om dit te realiseren, is het noodzakelijk om zowel stabiele, langlevende qubits te produceren die verwerkingskracht bieden, als de communicatietechnologie waarmee deze qubits op grote schaal aan elkaar kunnen worden gekoppeld.

Onderzoek uit het verleden heeft aangetoond dat silicium enkele van de meest stabiele en langlevende qubits in de industrie kan produceren. Nu levert het onderzoek gepubliceerd door Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian en co-auteurs het principe aan dat T-centra, een specifiek luminescent defect in silicium, een "fotonische link" tussen qubits kunnen bieden. Dit komt uit het SFU Silicon Quantum Technology Lab van de afdeling Natuurkunde van SFU, mede geleid door Stephanie Simmons, Canada Research Chair in Silicon Quantum Technologies en Michael Thewalt, emeritus hoogleraar.

"Dit werk is de eerste meting van afzonderlijke T-centra in isolatie, en eigenlijk de eerste meting van een enkele spin in silicium die wordt uitgevoerd met alleen optische metingen", zegt Stephanie Simmons.

"Een emitter zoals het T-centrum die krachtige spin-qubits en optische fotonengeneratie combineert, is ideaal om schaalbare, gedistribueerde kwantumcomputers te maken, omdat ze de verwerking en de communicatie samen aankunnen, in plaats van dat ze twee verschillende kwantumtechnologieën moeten koppelen, één voor verwerking en één voor communicatie", zegt Simmons.

Bovendien hebben T-centra het voordeel dat ze licht uitstralen met dezelfde golflengte die de hedendaagse glasvezelcommunicatie- en telecomnetwerkapparatuur gebruikt.

"Met T-centers kun je kwantumprocessors bouwen die inherent communiceren met andere processors", zegt Simmons. "Als je siliciumqubit kan communiceren door fotonen (licht) uit te zenden in dezelfde band die wordt gebruikt in datacenters en glasvezelnetwerken, krijg je dezelfde voordelen voor het verbinden van de miljoenen qubits die nodig zijn voor kwantumcomputing."

Het ontwikkelen van kwantumtechnologie met behulp van silicium biedt kansen om kwantumcomputing snel op te schalen. De wereldwijde halfgeleiderindustrie is al in staat om goedkoop siliciumcomputerchips op grote schaal te produceren, met een duizelingwekkende mate van precisie. Deze technologie vormt de ruggengraat van moderne computers en netwerken, van smartphones tot 's werelds krachtigste supercomputers.

"Door een manier te vinden om kwantumcomputerprocessors in silicium te maken, kun je profiteren van alle jaren van ontwikkeling, kennis en infrastructuur die worden gebruikt om conventionele computers te maken, in plaats van een geheel nieuwe industrie voor kwantumproductie te creëren", zegt Simmons. "Dit vertegenwoordigt een bijna onoverkomelijk concurrentievoordeel in de internationale race om een ​​kwantumcomputer." + Verder verkennen

Er is een verstrengelde toestand van drie qubits gerealiseerd in een volledig controleerbare reeks spin-qubits in silicium