Majorana-hekje opent deur naar eerste quantumcomputer

Nederlandse en Amerikaanse fysici hebben een reuzenstap gezet richting de eerste werkende quantumcomputer. Ze maakten een #-vormige chip waarmee stabiele koppels van het cruciale, tot nu toe onvindbare Majorana-deeltje gemaakt kunnen worden. Hun resultaat is woensdag gepubliceerd in Nature.

Wereldwijd werken wetenschappers met man en macht aan de ontwikkeling van de quantumcomputer. Dit is een computer die gebruik maakt van enkele mysterieuze eigenschappen van quantummechanica. Berekeningen die een gewone computer stap voor stap verricht, kan een quantumcomputer tegelijk uitvoeren, wat de rekencapaciteit gigantisch verhoogt.

LEESTIP In De Quantumcomputer beschrijft New Scientist-redacteur George van Hal alles over de volgende grote digitale revolutie, waar fysici over de hele wereld nu naartoe werken. € 10,00 Bestel nu in onze webshop.

Er zijn verschillende manieren om een quantumcomputer te realiseren. Bij het QuTech-instituut aan de TU Delft richten fysici hun pijlen op een methode die gebaseerd is op het zogeheten Majorana-deeltje. Dit deeltje heeft de merkwaardige eigenschap dat het zijn eigen antideeltje is – met enige fantasie vergelijkbaar met iemand die volstrekt identiek is aan zijn eigen spiegelbeeld. Dat verschijnsel komt bij krachtdeeltjes (bosonen) wel vaker voor, maar bij materiedeeltjes (fermionen) is het nog nooit waargenomen.

Het bestaan van Majorana-deeltjes werd al in 1937 voorspeld door de Italiaanse fysicus Ettore Majorana. Een jaar later raakte hij op Berend Botje-achtige wijze spoorloos verdwenen. Tachtig jaar later is zowel Majorana als het deeltje nog steeds niet gevonden.

#ultiemebewijs

Waar van Majorana nog altijd elk spoor ontbreekt, komen fysici wel steeds dichter bij de ontmaskering van zijn deeltje. In 2012 creëerden onderzoekers van de TU Delft onder leiding van Leo Kouwenhoven voor het eerst deeltjes in hun lab die zich gedroegen als Majorana-deeltjes. Dit was echter nog geen definitief bewijs voor hun bestaan.

Om dat ultieme bewijs te leveren, is het nodig om Majorana-deeltjes te creëren die van plek kunnen verwisselen. In het Delftse experiment van vijf jaar geleden was dit onmogelijk, omdat de vermeende Majorana-deeltjes toen in een enkele draad werden gecreëerd. Twee kralen aan dezelfde ketting kunnen niet langs elkaar bewegen zonder elkaar te vernietigen.

Met een elektronenmicroscoop maakten de onderzoekers dit beeld van de nanodraden, terwijl ze bezig zijn hekjes te vormen. Beeld: TU Eindhoven.

Nu heeft Kouwenhoven met een team van de TU Delft, TU Eindhoven en University of California – Santa Barbara een quantumchip ontwikkeld waarbinnen Majorana-deeltjes wel van plek kunnen verwisselen. De chip bestaat uit meerdere draden met een diameter van ongeveer een nanometer. De onderzoekers lieten de draden zodanig groeien dat ze samen een structuur vormen die lijkt op het hekje-teken (#, tegenwoordig vooral gebruikt bij hashtags op sociale media). Dankzij deze structuur kunnen Majorana-deeltjes in de draden langs elkaar bewegen.

Wapenwedloop

Als het lukt op deze manier Majorana-deeltjes van plek te laten verwisselen, slaan fysici twee vliegen in één klap. Behalve dat ze het bestaan van het deeltje eindelijk definitief bewijzen, zorgt het verwisselingsproces ervoor dat de deeltjes uitermate stevige koppels vormen – vergelijkbaar met een vlecht. Daardoor zijn Majorana-koppels een stuk stabieler dan andere quantumdeeltjes, die bij de minste of geringste verstoring verdwijnen. Dit gebrek aan stabiliteit is momenteel het grootste obstakel in de queeste naar een werkende quantumcomputer.

De komende maanden gaat het team in Delft aan de slag om met de nieuwe quantumchip de langgezochte Majorana-deeltjes te ontmaskeren. Als ze inderdaad stabiele koppels weten te creëren, kunnen ze daarna de qubits bouwen die het geraamte van de eerste quantumcomputer moeten vormen.

Kouwenhoven heeft sinds kort de leiding over een Microsoft-lab dat bij het QuTech-instituut in Delft is gevestigd. Microsoft is verwikkeld in een wapenwedloop met Google, dat eveneens hoopt binnenkort de eerste werkende quantumcomputer te presenteren.

Een uitgebreid interview met Leo Kouwenhoven over de quantumcomputer is online te lezen via Blendle (€). Ook sprak Kouwenhoven eerder op een New Scientist-café over de belofte van de quantumcomputer. Bekijk zijn lezing hieronder:

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees ook:

 

1 Reactie

  • Johan

    | Beantwoorden

    Krijgen we straks naast C# ook Q#?

Plaats een reactie