Onderzoek geleid door de Universiteit van Adelaide heeft de wereld een stap dichter bij betrouwbare, hoogwaardige kwantumcomputers.

Een internationaal team heeft een baanbrekende single-electron "pomp" ontwikkeld. Het door de onderzoekers ontwikkelde elektronenpompapparaat kan een miljard elektronen per seconde produceren en gebruikt kwantummechanica om ze één voor één aan te sturen. En het is zo nauwkeurig dat ze dit apparaat hebben kunnen gebruiken om de beperkingen van de huidige elektronische apparatuur te meten.

Dit maakt de weg vrij voor toekomstige toepassingen voor het verwerken van kwantuminformatie, onder meer in de verdediging, cyberbeveiliging en encryptie, en big data-analyse.

"Dit onderzoek brengt ons een stap dichter bij de heilige graal:betrouwbaar, hoogwaardige kwantumcomputers, " zegt projectleider Dr. Giuseppe C. Tettamanzi, Senior onderzoeker, aan het University of Adelaide's Institute for Photonics and Advanced Sensing.

Gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , de onderzoekers rapporteren ook observaties van elektronengedrag dat nog nooit eerder is gezien - een belangrijke bevinding voor mensen over de hele wereld die aan kwantumcomputing werken.

"Quantumcomputing, of meer in het algemeen kwantuminformatieverwerking, zal ons in staat stellen om problemen op te lossen die gewoon niet mogelijk zullen zijn onder klassieke computersystemen, " zegt dr. Tettamanzi.

"Het werkt op een schaal die dicht bij een atoom ligt en, op deze schaal, normale fysica gaat uit het raam en de kwantummechanica komt in het spel.

"Om de potentiële rekenkracht aan te geven, conventioneel computergebruik werkt op instructies en gegevens geschreven in een reeks van enen en nullen - beschouw het als een reeks aan- en uitschakelaars; in quantum computing is elke mogelijke waarde tussen 0 en 1 beschikbaar. Dan kunnen we het aantal berekeningen dat tegelijkertijd kan worden gedaan exponentieel verhogen."

Dit team van de Universiteit van Adelaide, in samenwerking met de Universiteit van Cambridge, Aalto-universiteit in Finland, Universiteit van Nieuw-Zuid-Wales, en de Universiteit van Letland, werkt in een opkomend veld dat elektronenkwantumoptica wordt genoemd. Het gaat om een ​​gecontroleerde voorbereiding, manipulatie en meting van enkele elektronen. Hoewel er wereldwijd veel werk is verzet om elektronisch kwantumtransport te begrijpen, er valt nog veel te begrijpen en te bereiken.

"Het bereiken van volledige controle over elektronen in deze nanosystemen zal zeer gunstig zijn voor een realistische implementatie van een schaalbare kwantumcomputer. Wij, natuurlijk, hebben de afgelopen 150 jaar elektronen gecontroleerd, sinds de ontdekking van elektriciteit. Maar, op deze kleine schaal, de oude natuurkundige regels kunnen worden weggegooid, " zegt dr. Tettamanzi.

"Ons uiteindelijke doel is om te zorgen voor een stroom van elektronen die betrouwbaar is, continu en consistent – ​​en in dit onderzoek we zijn erin geslaagd een grote stap te zetten in de richting van realistische quantum computing.

"En, misschien even spannend, gaandeweg hebben we nieuwe kwantumeffecten ontdekt die nog nooit eerder zijn waargenomen, waar, op bepaalde frequenties, er is concurrentie tussen verschillende toestanden voor het vangen van dezelfde elektronen. Deze observatie zal helpen om vooruitgang te boeken in dit baanbrekende veld."