Een team van Delftse wetenschappers onder leiding van professor Vandersypen streeft naar betere en betrouwbaardere kwantumprocessors. In een nek-aan-nekrace met concurrenten, ze toonden aan dat kwantuminformatie van een elektronenspin kan worden getransporteerd naar een foton in een siliciumquantumchip. Dit is belangrijk om quantumbits over de chip te verbinden en op te schalen naar grote aantallen qubits. Hun werk is vandaag gepubliceerd in Wetenschap .

Quantumcomputers van de toekomst zullen in staat zijn om berekeningen uit te voeren die de capaciteit van de huidige computers ver te boven gaan. Kwantumsuperposities en verstrengeling van kwantumbits (qubits) maken het mogelijk om parallelle berekeningen uit te voeren.

Quantumchips zijn gemaakt van silicium. "Dit is een materiaal waarmee we heel vertrouwd zijn, " legt professor Lieven Vandersypen van QuTech en het Kavli Institute of Nanoscience Delft uit, "Silicium wordt veel gebruikt in transistors en is dus te vinden in alle elektronische apparaten." Maar silicium is ook een veelbelovend materiaal voor kwantumtechnologie. doctoraat kandidaat Guoji Zheng zegt, "We kunnen elektrische velden gebruiken om afzonderlijke elektronen in silicium te vangen voor gebruik als kwantumbits (qubits). Dit is een aantrekkelijk materiaal omdat het ervoor zorgt dat de informatie in de qubit voor een lange tijd kan worden opgeslagen."

Voor het maken van bruikbare berekeningen zijn grote aantallen qubits nodig, en het is deze opschaling naar grote aantallen die wereldwijd voor een uitdaging zorgt. "Om veel qubits tegelijk te gebruiken, ze moeten met elkaar verbonden zijn; er moet goede communicatie zijn", legt onderzoeker Nodar Samkharadze uit. Op dit moment kunnen de elektronen die als qubits in silicium worden gevangen, alleen direct contact maken met hun directe buren. Nodar:"Dat maakt het lastig om op te schalen naar grote aantallen qubits."

Andere kwantumsystemen gebruiken fotonen voor langeafstandsinteracties. Voor jaren, dit was ook een belangrijk doel voor silicium. Pas de laatste jaren hebben wetenschappers vooruitgang geboekt, hier. De Delftse wetenschappers hebben nu aangetoond dat een enkele elektronspin en een enkel foton kunnen worden gekoppeld op een siliciumchip. Deze koppeling maakt het in principe mogelijk om kwantuminformatie over te dragen tussen een spin en een foton. Guoji Zheng zegt, "Dit is belangrijk om verre kwantumbits op een siliciumchip te verbinden, daarmee de weg vrijmakend voor het opschalen van kwantumbits op siliciumchips."

In een afzonderlijke studie gepubliceerd in hetzelfde nummer van Wetenschap vandaag, ook andere onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft beschrijven een manier om spin-informatie over te dragen aan fotonen.