Om berekeningen uit te voeren, kwantumcomputers hebben qubits nodig om te fungeren als elementaire bouwstenen die informatie verwerken en opslaan. Nutsvoorzieningen, natuurkundigen hebben een nieuw type qubit geproduceerd dat kan worden omgeschakeld van een stabiele inactieve modus naar een snelle berekeningsmodus. Het concept zou het ook mogelijk maken om een ​​groot aantal qubits te combineren tot een krachtige kwantumcomputer, zoals onderzoekers van de Universiteit van Basel en de TU Eindhoven in het tijdschrift hebben gerapporteerd Natuur Nanotechnologie.

In vergelijking met conventionele bits, kwantumbits (qubits) zijn veel kwetsbaarder en kunnen hun informatie-inhoud zeer snel verliezen. De uitdaging voor quantum computing is daarom om de gevoelige qubits over een langere periode stabiel te houden, terwijl ze tegelijkertijd manieren vinden om snelle kwantumbewerkingen uit te voeren. Nutsvoorzieningen, natuurkundigen van de Universiteit van Basel en de TU Eindhoven hebben een schakelbare qubit ontwikkeld waarmee kwantumcomputers beide moeten kunnen.

Het nieuwe type qubit heeft een stabiele maar langzame toestand die geschikt is voor het opslaan van kwantuminformatie. Echter, de onderzoekers konden de qubit ook in een veel snellere maar minder stabiele manipulatiemodus schakelen door een elektrische spanning aan te leggen. In deze staat, de qubits kunnen worden gebruikt om informatie snel te verwerken.

Selectieve koppeling van individuele spins

In hun experiment hebben de onderzoekers maakten de qubits in de vorm van 'hole spins'. Deze worden gevormd wanneer een elektron opzettelijk uit een halfgeleider wordt verwijderd, en het resulterende gat heeft een spin die twee toestanden kan aannemen, op en neer - analoog aan de waarden 0 en 1 in klassieke bits. In het nieuwe type qubit, deze spins kunnen selectief worden gekoppeld - via een foton, bijvoorbeeld - op andere spins door hun resonantiefrequenties af te stemmen.

Dit vermogen is essentieel, omdat de constructie van een krachtige kwantumcomputer het vermogen vereist om veel individuele qubits selectief te besturen en met elkaar te verbinden. Schaalbaarheid is vooral nodig om het foutenpercentage in kwantumberekeningen te verminderen.

Ultrasnelle spinmanipulatie

De onderzoekers konden de elektrische schakelaar ook gebruiken om de spin-qubits met recordsnelheid te manipuleren. "De spin kan coherent van boven naar beneden worden omgedraaid in slechts een nanoseconde, ", zegt projectleider professor Dominik Zumbühl van het departement Natuurkunde aan de Universiteit van Basel. "Dat zou tot een miljard schakelaars per seconde mogelijk maken. Spin qubit-technologie benadert daarom al de kloksnelheden van de huidige conventionele computers."

Voor hun experimenten, de onderzoekers gebruikten een halfgeleider nanodraad gemaakt van silicium en germanium. Geproduceerd aan de TU Eindhoven, de draad heeft een kleine diameter van ongeveer 20 nanometer. Omdat de qubit daarom ook extreem klein is, het moet in principe mogelijk zijn om miljoenen of zelfs miljarden van deze qubits op een chip te verwerken.