In de race om een ​​kwantumcomputer te produceren, een aantal projecten is op zoek naar een manier om kwantumbits - of qubits - te maken die stabiel zijn, wat betekent dat ze niet veel worden beïnvloed door veranderingen in hun omgeving. Hiervoor zijn normaal gesproken zeer niet-lineaire niet-dissipatieve elementen nodig die bij zeer lage temperaturen kunnen functioneren.

Bij het nastreven van dit doel, onderzoekers van EPFL's Laboratory of Photonics and Quantum Measurements LPQM (STI/SB), hebben een niet-lineaire op grafeen gebaseerde kwantumcondensator onderzocht, compatibel met cryogene omstandigheden van supergeleidende circuits, en gebaseerd op tweedimensionale (2D) materialen. Wanneer aangesloten op een circuit, deze condensator heeft de potentie om stabiele qubits te produceren en biedt ook andere voordelen, zoals relatief gemakkelijker te fabriceren dan veel andere bekende niet-lineaire cryogene apparaten, en veel minder gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie. Dit onderzoek is gepubliceerd in 2D-materialen en toepassingen .

Normale digitale computers werken op basis van een binaire code die bestaat uit bits met een waarde van 0 of 1. In kwantumcomputers, de bits worden vervangen door qubits, die tegelijkertijd in twee toestanden kan zijn, met willekeurige superpositie. Dit verhoogt hun reken- en opslagcapaciteit aanzienlijk voor bepaalde soorten toepassingen. Maar het maken van qubits is geen sinecure:kwantumverschijnselen vereisen sterk gecontroleerde omstandigheden, inclusief zeer lage temperaturen.

Om stabiele qubits te produceren, een veelbelovende benadering is het gebruik van supergeleidende circuits, waarvan de meeste werken op basis van het Josephson-effect. Helaas, ze zijn moeilijk te maken en gevoelig voor storende magnetische strooivelden. Dit betekent dat het uiteindelijke circuit zowel thermisch als elektromagnetisch extreem goed afgeschermd moet zijn, wat compacte integratie in de weg staat.

Bij EPFL's LPQM, dit idee van een condensator die gemakkelijk te maken is, minder omvangrijk en minder gevoelig voor interferentie is onderzocht. Het bestaat uit isolerend boornitride dat is ingeklemd tussen twee grafeenplaten. Dankzij deze sandwichstructuur en de ongebruikelijke eigenschappen van grafeen, de binnenkomende lading is niet evenredig met de opgewekte spanning. Deze niet-lineariteit is een noodzakelijke stap in het proces van het genereren van kwantumbits. Dit apparaat zou de manier waarop kwantuminformatie wordt verwerkt aanzienlijk kunnen verbeteren, maar er zijn ook andere mogelijke toepassingen. Het kan worden gebruikt om zeer niet-lineaire hoogfrequente circuits te creëren - helemaal tot aan het terahertz-regime - of voor mixers, versterkers, en ultrasterke koppeling tussen fotonen.