Een team van wetenschappers van het London Centre for Nanotechnology en het National High Magnetic Field Lab (NHMFL) in Florida heeft een nieuwe en efficiëntere manier ontdekt om kwantuminformatie in silicium te coderen.

Ondanks dat ze compatibel zijn met de siliciumchips overal om ons heen, het chemische element bismut is tot nu toe over het hoofd gezien ten gunste van fosforatomen in de race naar kwantumtechnologieën. Dit komt omdat de huidige micro-elektronica fosfor gebruikt dat is opgelost in silicium.

Echter, de onderzoekers hebben nu ontdekt dat bismutatomen beter presteren dan fosforatomen. Bismut is het zwaarste stabiele atoom en heeft een navenant grote nucleaire ‘spin’. Zijn kwantumspin is als een kleine kompasnaald die kan bestaan ​​in een van de tien toestanden die overeenkomen met verschillende hellingen (zie onderstaande afbeelding) in plaats van de twee richtingen die beschikbaar zijn voor een fosforkern. Hierdoor kunnen bismutkernen veel meer kwantuminformatie opslaan dan fosforkernen.

Het onderzoek, die wordt beschreven in het tijdschrift Natuurmaterialen en in een volgend artikel in Fysieke beoordelingsbrieven , onthult het potentieel van bismutatomen voor het bouwen van een kwantumcomputer.

De waarnemingen leiden tot de suggestie van een 'droomteam' dat zowel bismut- als fosforatomen in silicium gebruikt. Omdat ze anders zijn, ze kunnen onafhankelijk worden gemanipuleerd. Bismut zou kwantuminformatie opslaan, terwijl fosfor de informatiestroom regelt.

Hoofdauteur Dr. Gavin Morley van het London Centre for Nanotechnology zei:"De experimentele hindernissen die we in ons onderzoek hebben overwonnen, omvatten het gebruik van bismut in silicium voor de voorbereiding, controle en opslag van kwantuminformatie. In dit geval is groter beter omdat de grotere kern van bismut meer ruimte biedt voor het opslaan van kwantuminformatie.”

Co-auteur Marshall Stoneham zei:"Als een kwantumcomputer zou kunnen worden gebouwd, het zou een aantal problemen kunnen oplossen die lang als onmogelijk werden beschouwd. Het hebben van één type atoom voor het opslaan van kwantuminformatie in silicium, en een andere manier om het onder controle te krijgen is als het betrekken van een tweede persoon in een eenmansgesprek:veel interessanter!”