Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 22 reacties

Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om een opstelling te maken die te vergelijken is met een charge-coupled device voor elektronen met een bepaalde spin. Daarmee is het gelukt om individuele elektronen met behoud van hun spin te transporteren over een relatief grote afstand.

De onderzoekers noemen hun variant op de ccd dan ook 'single-spin-ccd'. In de single-spin-ccd worden elektronen met behoud van hun spin als het ware één voor één langs een rijtje verschoven, zonder dat de spin van de elektronen verandert, legt onderzoeker Tim Baart uit op de website van de universiteit. Vervolgens wordt de spin aan het eind van de rij uitgelezen.

In het geval van de single-spin-ccd uit het onderzoek van de Delftenaren bestaat het rijtje uit drie quantum dots. Quantum dots zijn een soort 'emmertjes' waarin enkele elektronen met een bepaalde spin worden 'bewaard'. De drie elektronen worden steeds een stap opgeschoven met behulp van elektrische velden. Aan het einde van de keten worden ze vervolgens in een andere quantum dot uitgelezen.

De techniek kan misschien gebruikt worden in kwantumcomputers om kwantuminformatie op te slaan, spin van elektronen te verplaatsen van de ene processor naar een andere, informatie uit te wisselen tussen twee quantum dots of om kwantuminformatie te verplaatsen tussen spins van elektronen en gepolariseerde fotonen.

quantum dots elektronen single spin ccdFoto gemaakt met een elektronenmicroscoop. In de kleine rondjes of quantum dots worden de elektronen gevangen. Het grote rondje met de pijl leest de quantum dots uit. Foto: Tim Baart

Het verplaatsen van een ensemble van spins over betrekkelijk lange afstanden van meer dan 100 micrometer is niet nieuw, ook het transport van enkele elektronen in halfgeleiders is niet nieuw. De combinatie van het transporteren van een enkel elektron met behoud van spin over een lange afstand was echter nog niet eerder gerealiseerd, schrijven de onderzoekers in hun artikel in Nature Nanotechnology. Met hun single-spin-ccd hebben ze aangetoond dat dit mogelijk is.

In de kwantum-ccd is het al gelukt de spin van de elektronen over meer dan vijfhonderd sprongen van quantum dot naar quantom dot te behouden. De spin, naar boven of naar beneden, kan gebruikt worden om informatie op te slaan in een qubit. Het is de onderzoekers onder andere gelukt om de qubit stabiel te houden voor ongeveer 10 milliseconden, waarna de kwantumtoestand verdween.

Op dit moment moet nog gewerkt worden bij temperaturen tot slechts 0,3 graden boven het absolute nulpunt om de spin vast te kunnen stellen. Ook is het halfgeleidermateriaal niet volledig homogeen, waardoor verschillende spanningen nodig zijn om de elektronen te verplaatsen tussen de quantum dots. Dat is ook de reden waarom het prototype niet meer dan drie quantum dots heeft om elektronen tussen heen en weer te schuiven. Als de snelheid van de single-spin-ccd met een factor tienduizend of meer kan worden verhoogd, kan de ccd snel genoeg zijn om niet alleen een enkele kwantumstaat per elektron bij te houden, maar ook een superpositie.

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (22)

Linkje is verkeerd; hier is de juiste voor mensen die niet via de UU in kunnen loggen: http://www.nature.com/nna.../full/nnano.2015.291.html
Ah ja, daar hebben jullie een punt. Sorry! Link gewijzigd :)
Die link vereist weer een subscription op Nature. Via de arXiv link is wel het hele artikel te lezen
weer een stap dichterbij de eerste quantumcomputer ter wereld in Delft!
Daar ben je bijna 5 jaar te laat voor. De D-Wave One is in mei 2011 operationeel gegaan.
D-Wave werkt niet zoals beloofd. Positief nieuws kwam recentelijk van Google, maar die had daarvoor als flink wat miljoentjes geļnvesteerd. Een criticus heeft zijn meningen hier bijeen geraapt.
De D-Wave is een quantum emulator met een klassiek ontwerp als ik het goed heb. Deze wordt door veel wetenschappers niet gezien als een pure quantumcomputer. Toevallig heb ik laatst nog een item gemaakt met een Delftse wetenschapper die het waarschijnlijk achtte dat de eerste quantum computer ter wereld in Delft komt te staan.
Dat heb je verkeerd ;). De D-Wave maakt weldegelijk gebruik van kwantummechanische processen, maar het is heel specifiek ontwikkeld voor quantum annealing en niet voor generieke kwantumalgoritmes.
Wij van WC-eend...

Tuurlijk zou een Delftse onderzoeker zeggen dat zijn (of haar) universiteit de beste is :+
Dat zijn niet mijn of zijn woorden. Wat hij zei is dat hij het waarschijnlijk achtte dat zoiets gaat gebeuren. Niet omdat hij zo gek is op de TU hier maar meer omdat Delft international toonaangevend is op het gebied van concreet quantum onderzoek, zie bijvoorbeeld deze publicatie.
Het is wel heel jammer dat een leek, zoals ik, helemaal niets van dit bericht begrijp.

Het zou prettig zijn als de schrijver van dit bericht ook voorbeelden zou kunnen geven wat de toepassing hiervan is en waarom dit zo'n geweldige vondst is. Maar dan in Jip en Janneke taal.

Ik snap dat de toepassing hiervan is voor quantum computers, maar dat begrip alleen al is er een waarvan de werking al moeilijk te begrijpen is.

[Reactie gewijzigd door p0pster op 6 januari 2016 14:23]

Ik denk ook niet dat je moet willen om het technische aspect te begrijpen, dan moet je er echt studeren :P. Ik lees deze berichten gewoon graag om te zien wat ze er allemaal bereiken.
Dit soort apparaten zijn nodig om grotere schaal 'echte' kwantumcomputers te kunnen bouwen. Het zijn allemaal kleine, maar noodzakelijke stappen die gebeuren en gepubliceerd worden. Ik denk dat 'het opslaan van electronen met behoud van spin (e.g. data) en het verplaatsen over relatief grote afstanden zonder dat de toestand word aangepast (e.g. met behoud van data)' het dichtst in de buurt komt van jip en janneke taal, hoewel het mogelijk niet helemaal correct is.

[Reactie gewijzigd door Sloerie op 6 januari 2016 15:00]

Goede samenvatting! Helemaal mee eens.
Tim Baart
In het artikel van wordt gesproken over een temperatuur van 0.3 Kelvin wat uitkomt op -272,85 graden. Ben wel benieuwd welke het is aangezien het best wel een groot verschil is.

Edit: In het tweakers artikel wordt gesproken over het absolute nulpunt a -273.15 graden. Waarbij -272,85 er inderdaad een verschil is van +0,3 graden. Zowel het tweakers artikel als het artikel van je link kloppen. Excuses voor mijn verwarring

[Reactie gewijzigd door Staatsbosbeheer op 6 januari 2016 13:48]

Dit soort experimenten werkt inderdaad pas goed bij temperaturen onder de grofweg 0.3 Kelvin. Kouder is echter beter en daarom is dit specifieke experiment uitgevoerd in een koelkast met een temperatuur van 45 mK (0.045 K).

Tim Baart
Die cirkels in dat plaatje, is dat nu deel van de overlay dat aan geeft waar de electron zich ophoudt, of is dat nu deel van de silicium(?) die? En in geval van het laatste, wat doen die cirkels dan?
Hoi Durandal,

De rij van drie kleine cirkels naast elkaar geeft aan waar de elektronen zich ongeveer bevinden. We hebben die cirkels zelf in het plaatje getekend. De lichtgrijze, gelabelde 'pootjes' die je ziet zijn van goud. Door daar negatieve spanningen op aan te brengen, wordt een elektron van meerdere kanten tegelijkertijd afgestoten en blijft hij grofweg in het midden van zo'n cirkel 'zitten'. Je vangt het elektron dus in een elektrisch veld.

Deze CCD is trouwens in een ander materiaal gemaakt dan silicium, in dit geval gebruikten we: GaAs. Het principe van CCD werking dat hier is aangetoond verwachten we spoedig ook in Si toe te passen. In Si zouden de qubits een veel langere levensduur moeten hebben, en het is hopelijk meer compatibel met de huidige halfgeleider industrie processen.

Ik hoop dat het zo iets duidelijker is geworden.

Groet,
Tim Baart
Tim, bedankt voor de uitleg. Het is nu een stuk begrijpelijker :)

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True