Delftenaren voeren zoekalgoritme met diamanten 2-qubit-processor uit

Een team van wetenschappers, waaronder onderzoekers van de TU Delft, heeft voor het eerst een quantum-algoritme met spin-quantumbits op een diamanten-chip uitgevoerd. Ze weten berekeningen ongevoelig voor omgevingsfactoren te maken.

De spin, of het magnetisch moment, van een elektron wordt al jaren als potentiële kandidaat gezien om te dienen als basis voor een quantumcomputer. De spin is echter uiterst gevoelig voor verstorende omgevingsfactoren, wat afbreuk doet aan de daadwerkelijke bruikbaarheid van de qubits. Twee jaar geleden lieten wetenschappers uit Delft al zien dat het mogelijk is de spin van een enkel elektron te beschermen tegen invloeden van buitenaf. Door de spinrichting van het elektron met hele korte pulsen steeds 'om te klappen', wordt de spin namelijk als het ware losgekoppeld van zijn omgeving.

Die methode is echter moeilijk toe te passen als je ook wilt kunnen rekenen met qubits: daarvoor moeten meerdere qubits verstrengeld zijn, maar het omklappen van de spin zorgt er juist voor dat deze verstrengeling verloren gaat. Het wetenschapsteam is nu met een nieuwe oplossing gekomen, beschrijft de TU Delft, door een elektronspin te synchroniseren met de spin van een atoomkern, die daarmee als tweede qubit fungeert. Zo wisten ze een twee-quantumbit-processor in diamant te maken, waarmee berekeningen uit te voeren zijn, zonder dat omgevingsfactoren verstorend werken.

De onderzoekers slaagden erin een variant van een van de weinige algoritmes die er zijn voor quantumberekeningen uit te voeren: het zoekalgoritme van Lov Grover. Een quantumcomputer kan dit algoritme gebruiken om aanzienlijk sneller een element in een ongesorteerde database op te zoeken. Als de database bijvoorbeeld vier items bevat, kan de quantumcomputer het gezochte altijd in één poging vinden, waar een traditionele computer er gemiddeld twee nodig heeft.

De wetenschappers van het Ames Laboratory, de Iowa State University, de University of California Santa Barbara, de University of Southern California en de TU Delft publiceren hun bevindingen deze week in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.