TU Delft meet verstrengeling spins in diamant voor quantumcomputer

Wetenschappers van de TU Delft hebben naar eigen zeggen een belangrijke stap gezet in de ontwikkeling van een werkende quantumcomputer. Ze wisten twee quantummechanisch verstrengelde atoomkernen in een diamant te manipuleren.

Voor het eerst is het de wetenschap gelukt om te bewijzen dat spin-toestanden van atoomkernen, omhoog of omlaag, in een vaste stof verstrengeld waren. Ze deden dit door een gezamenlijke eigenschap van het duo atoomkernen te meten en ze daardoor te dwingen om precies dezelfde kant, of precies de tegenovergestelde op te wijzen. Het team van wetenschappers van het Kavli Institute of Nanoscience van de TU Delft, de Stichting FOM en Element Six Nature Physics hebben hun doorbraak beschreven in het wetenschappelijk magazine Nature Physics.

De onderzoekers beschouwen de spin van een atoomkern in een synthetische diamant als een goede kandidaat om de bouwsteen, of qubit, van een quantumcomputer te worden. In die vaste stof is de uiterst gevoelige toestand namelijk relatief goed beschermd tegen verstorende invloeden van buitenaf. De spin is het quantummechanische impulsmoment: omhoog of omlaag. Al eerder lukte het om de spintoestand van deze atoomkernen uit te lezen, maar het verstrengelen van meerdere atoomkernen was lastig omdat de band tussen de spins in diamant zeer zwak is.

Voor het ontwikkelen van een werkende quantumcomputer is de verstrengeling echter cruciaal. Een meting aan een spintoestand van een deeltje geeft bij een verstrengeling namelijk direct informatie over, en is direct van invloed op de toestand van een ander deeltje, ongeacht de afstand. Als de spins als qubit, die tegelijkertijd 0 en 1 zijn, ingezet worden, zorgt een uitbreiding met behoud van de verstrengeling voor een groter quantumregister en daarmee voor een vergroting van de rekencapaciteit.

Het team wist te bewijzen dat de atoomkernen in diamant inderdaad verstrengeld waren door, in de woorden van de TU Delft, gebruik te maken van 'een elegante variatie op de conventionele quantummetingen om de verstrengeling te maken'. "In plaats van elke atoomkern apart te ondervragen, hebben ze een gezamenlijke eigenschap van de twee atoomkernen gemeten zonder iets over de toestand van de atoomkernen afzonderlijk te weten te komen", schrijft de universiteit.