Onderzoekers van onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente, samenwerken met collega's in Delft en Eindhoven, hebben met succes nanodraden ontwikkeld waarmee individuele elektronen kunnen worden opgevangen door een 'quantum dot' waarop supergeleiding kan plaatsvinden. Dit betekent dat dergelijke nanodraden een rol kunnen spelen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen .

Kwantumcomputers maken gebruik van de kwantumeigenschappen van materialen:eigenschappen die zich alleen voordoen op een schaal van enkele tientallen nanometers (een nanometer is een miljoenste millimeter). Dit betekent dat een kwantumcomputer een heel andere set bouwstenen nodig heeft dan een standaardcomputer. Onderzoekers over de hele wereld werken aan het maken van dergelijke bouwstenen, maar het is nog onduidelijk welke materialen de beste componenten opleveren.

Onderzoekers van de Universiteit Twente, samenwerken met collega's van de Technische Universiteiten van Delft en Eindhoven, hebben met succes een nieuwe en interessante bouwsteen ontwikkeld. Ze slaagden erin nanodraden van germanium en silicium te maken waarin individuele elektronen konden worden gevangen (het experiment gebruikte 'gaten, 'd.w.z. de afwezigheid van een elektron) in een kwantumdot waardoor supergeleiding – een toestand waarin elektriciteit door een medium beweegt zonder enige weerstand – kan optreden. De combinatie van een kwantumdot en supergeleiding maakt het mogelijk om Majorana-fermionen te creëren, exotische deeltjes die hun eigen antideeltje zijn en die worden beschouwd als een belangrijk onderdeel in de kwantumcomputers van de toekomst.

Het is niet de eerste keer dat wetenschappers erin zijn geslaagd om nanodraden met kwantumdots te maken waarin supergeleiding kan optreden. Het is, echter, de eerste keer dat dit is gedaan met behulp van nanodraden met een kern van germanium en een omhulsel van silicium. Volgens onderzoeker Joost Ridderbos is het belangrijkste voordeel van dit materiaal, naast zijn kwantumeigenschappen, is dat het buitengewoon goed gedefinieerd is; Het is te zeggen, het kan met grote precisie worden vervaardigd, met elk atoom op de juiste plaats. Ridderbos:"Ik kan niet zeggen of dit het materiaal is dat uiteindelijk in kwantumcomputers zal worden gebruikt; ik heb geen kristallen bol. Wat ik wel kan zeggen is dat dit een ideaal materiaal is om fundamenteel onderzoek te doen dat relevant is voor de ontwikkeling van kwantumcomputers. Het is het perfecte materiaal om de beste route naar deze computer te onderzoeken."

De onderzoekers maakten eerst een draad met een diameter van zo'n 20 nanometer. Vervolgens voorzagen ze het van minuscule aluminium elektroden. Bij een temperatuur van 0,02 graden Celsius boven het absolute nulpunt (min 273,15 graden Celsius) slaagden ze erin om supergeleidende elektriciteit door deze draad te leiden, en met behulp van een extern elektrisch veld creëerden ze een kwantumstip met precies één elektronengat.