Onderzoekers leggen basis voor krachtige kwantumcomputers

Kwantumcomputers beloven een grote vooruitgang in rekenkracht en kunnen voor technologieën zorgen waar we nu nog niet eens van durven dromen. In tegenstelling tot klassieke computers bestaan dergelijke systemen niet uit bits, maar qubits. Qubits kunnen behalve de waarde 0 en 1 ook in een superpositie verkeren, waarbij ze zowel 0 als 1 zijn. Waar twee bits vier verschillende waardes kunnen vormen, kunnen twee qubits acht verschillende waardes aannemen. Dit aantal neemt exponentieel toe met het aantal qubits dat je aan elkaar kan rijgen.

Doordat qubits een exponentieel aantal waardes kunnen aannemen, kunnen ze een exponentieel aantal berekeningen maken, wat de technologie een stuk krachtiger maakt dan klassieke computers. Huidige kwantumcomputers hebben jammer genoeg beperkte rekenkracht, aangezien ze erg klein zijn. Ze hebben niet meer dan 16 qubits in hun kern. Een team wetenschappers van Harvard en Sandia Ion Beam Laboratory is er echter in geslaagd om hier verandering in te brengen.

Silicium en diamant

Met behulp van een geconcentreerde ionenstraal verwijderen de onderzoekers een koolstofatoom van een diamantsubstraat en vervangen het door grotere siliciumatomen. Doordat het silicium de omringende koolstofatomen als het ware wegjaagt, heeft het atoom ruimte om te manoeuvreren. De vrije ruimte zorgt ervoor dat het atoom beschermd is tegen afgedwaalde elektrische stromen. Ook zal het silicium zich gedragen alsof het zich in een gas bevindt, waardoor zijn elektronen geen interacties zullen hebben met andere materialen.

Hierna wordt het materiaal met lasergegeneerde fotonen bestookt. De fotonen zorgen ervoor dat de elektronen van het silicium in een hogere energiestatus belanden. Wanneer de elektronen terugkeren naar hun lagere energieniveau zal het silicium gekwantiseerde fotonen uitsturen. Deze fotonen behouden hun kwantumstatus volledig nadat het proces is afgelopen.

Schaalbaarheid

De wetenschappers kunnen met behulp van bovengenoemd proces duizenden siliciumatomen op één diamantsubstraat plaatsen. Het resultaat is een kwantumbrug die verschillende kwantumtoestellen aan elkaar kan linken. Het onderzoek zou dan ook de sleutel kunnen zijn om grotere kwantumcomputers te creëren, waarna de weg naar een wereld met immens krachtige computers wagenwijd openligt.