Onderzoek wijst erop dat qubits maken ook mogelijk is met cmos-transistor

Het is wetenschappers gelukt te bewijzen dat het mogelijk moet zijn qubits met een praktisch 'normale' cmos-schakeling te maken. Dit kan door cmos-transistors zo klein te maken dat normaal ongewenste kwantumeffecten optreden.

Voor het experiment bij temperaturen onder 20K gebruikten de onderzoekers van verschillende instituten een cmos-transistor met een gate die het kanaal aan drie kanten omsluit, waardoor er twee rechte hoeken ontstaan. Het elektrisch veld in de hoeken is sterker dan elders op het nanodraadje, waardoor de hoeken functioneren als elektrostatische kwantum-vallen, ook wel 'quantum dots'. Bij de extreem lage temperaturen is het mogelijk een enkele elektron die tussen de twee quantum dots heen en weer beweegt te isoleren.

Schematische voorstelling cmos met silicium nanodraadje en gate met de twee quantum dots. Bron: ACS

Afhankelijk van hoe het elektron is 'verdeeld' tussen beide hoeken, kunnen twee verschillende kwantumstaten bestaan die vergelijkbaar zijn met een 1 en een 0 van de qubit. Het gevangen elektron kan ook in een superpositie gebracht worden van beide staten door een snelle spanningspuls bij de gate. Die kwantumstaat kan bestaan voor een duur van honderd picoseconden melden de onderzoekers in hun paper in Nano Letters van de American Chemical Society.

Om het verschil in capaciteit van de dubbele quantum dots te meten, gebruikten de onderzoekers een oscillator op 355MHz. Door interferenties te meten, kon vervolgens de staat van de quantum dots vastgesteld worden. Interferentie speelt een belangrijke rol binnen de kwantummechanica. Bij interferentie werken golven op elkaar in, in dit geval elektromagnetische golven van elektronen.

Hiermee laten de onderzoekers zien dat het waarschijnlijk mogelijk zal zijn de kwantumstaat gecontroleerd uit te lezen. Daarvoor is een langere levensduur van de kwantumstaat nodig, rond de nanoseconde. Dat is een factor tien meer dan nu het geval is.

Er wordt meer onderzoek gedaan naar het verkrijgen van qubits met 'normale' hardware, als afkoelen tot bijna het absolute nulpunt even buiten beschouwing gelaten wordt. Onlangs toonden onderzoekers van het Australische Centre for Quantum Computation & Communication Technology in Nature Natotechnology nog aan dat verstrengeling op een silicium chip verkregen kon worden.

IT-banen

Reacties (23)

ReneK 18 februari 2016 12:40

Onvoorzien nieuw leven voor de wet van Moore?

friggler @ReneK • 18 februari 2016 12:51

Geen idee... dit artikel gaat duidelijk mijn pet te boven. Kan iemand dit mij in Jip en Janneke-taal uitleggen, of is dit zo complex dat dat niet mogelijk is?

Douweegbertje @friggler • 18 februari 2016 13:05

Het komt er op neer dat normaal vrij dure en relatief 'onbekende' materialen gebruikt werden om een qubit te maken. Je moet het zo zien dat een qubit een soort bouwsteentje is wat uiteindelijk gebruikt wordt voor een quantum computer. In elk geval is dit een geavanceerd en moeilijk proces echter kunnen ze nu dit met de wat meer conventionele technieken uitvoeren. In feite zijn ze veel meer bekend daarmee en zouden ze in potentie ook meer (en makkelijker) qubits kunnen maken.

De tl;dr is een beetje dat de manier van het 'genereren' eventueel versimpeld kan worden dmv de bestaande technieken gebruiken in plaats van de nieuwere 'uitdagender' en het resultaat potentieel beter kan zijn.

Maar goed, het is allemaal onderzoek en in feite komt het er nog steeds op neer dat het verdomd lastig is om iets te maken wat ook 100% geschikt en makkelijk uitvoerbaar is.

laptopleon @Douweegbertje • 18 februari 2016 13:55

Inderdaad, al was het alleen al dat de voorwaarde dat dit stukje van je computer tot 20°Kelvin, dus tot -253° Celcius gekoeld moet blijven nogal onpraktisch is.

HMC @laptopleon • 18 februari 2016 15:18

Geen "graden Kelvin", gewoon "Kelvin".

laptopleon @HMC • 19 februari 2016 01:22

Want het is in 1967 veranderd, lees ik op wikipedia.. Blijkbaar was dat nog niet doorgedrongen tot de schoolboeken waar ik 15 jaar later mee werkte. Vraag me bij zulke aanpassingen af welk groot probleem daarmee opgelost wordt, want dat staat er jammer genoeg niet bij.

En waarom is het dan ook niet gelijk aangepast bij de Celsius notatie, aangezien de K daar van afgeleid is.

HMC @laptopleon • 19 februari 2016 11:20

Terechte punten en een goede vraag.

Edit: Desalnietemin heb je van mij toen gewoon een +1 gekregen hoor.

[Reactie gewijzigd door HMC op 22 juli 2024 13:30]

laptopleon @HMC • 19 februari 2016 11:47

Gelukkig maar

Verwijderd @friggler • 18 februari 2016 19:26

Geen idee... dit artikel gaat duidelijk mijn pet te boven. Kan iemand dit mij in Jip en Janneke-taal uitleggen, of is dit zo complex dat dat niet mogelijk is?

Jip en Janneke modus:

Quantum mechanische effecten treden op wanneer de "lijntjes" in normale chip technologie te klein worden. Voor normale chips (jouw & mijn ARM/Intel/AMD cpu) is dat een sterk ongewenst effect omdat dat de werking onbetrouwbaar maakt.

Wat onderzoekers nu hebben gedaan is met standaard chip fabricage technieken bewust de "lijntjes" te "klein" maken (onder extreme omstandigheden) op een manier dat min of meer voorspelbare quantum mechanische effecten ontstaan, die mogelijk in de toekomst perspectief bieden om met standaard chip fabricage technieken Quantum dots te maken.

(normaal gesproken is standaard silicium techniek ongeschikt voor quantum dots)

suprairc @ReneK • 18 februari 2016 13:05

Dit gaat niet over de wet van Moore en het kleiner maken van transistoren. Dit gaat over het fabriceren van een qubit (een kwantumbit) voor een kwantumcomputer met een relatief normale CMOS. Dit is een volledig ander type computer dan onze PC.

ReneK @suprairc • 18 februari 2016 13:15

Daarom gebruik ik ook het woord onvoorzien: het is als knipoog bedoeld.

Er wordt al jarenlang gesteld dat de wet van Moore zijn einde lijkt te naderen omdat we tegen fysieke grenzen aanlopen. Bovenstaand artikel laat zien dat er wellicht toch mogelijkheden zijn met nog kleinere transistoren. Welliswaar met een heel ander soort computers, maar het biedt perspectief voor verdere schaalverkleining, zij het op een heel andere manier.
Waar kwantummechansiche effecten bij conventionele chips voor steeds meer problemen zorgen (en de wet van Moore in de weg zitten), worden deze 'hinderlijke' effecten nu ingezet voor qubits.

[Reactie gewijzigd door ReneK op 22 juli 2024 13:30]

.oisyn Moderator Devschuur®

Quantummechanica
Kwantumcomputer
Quantum
Wetenschap

@ReneK • 18 februari 2016 13:06

Nee. Dit gaat er meer over dat de gewenste kwantummechanische eigenschappen ook gebouwd kunnen worden met "normale" CMOS transistors. Als dat zo is dan is het maken van een kwantumcomputer of het integreren van een kwantum-computer met een conventionele computer een stuk makkelijker.

Maar zet verder niet de deur extra open voor nóg kleinere transistors of het aantal transistors op een chip, waar de wet van Moore natuurlijk over gaat.

rgjleclaire @ReneK • 18 februari 2016 12:50

Ik geloof er gewoon niet in dat de wet van Moore 'dood' is. Het is hooguit afhankelijk van hoe je die wet precies formuleert. Er circuleren meerdere definities. Maar de exponentiële ontwikkeling van snelheid van computersystemen zal gewoon doorgaan. Dat is in ieder geval mijn overtuiging.

Mitsuko @rgjleclaire • 18 februari 2016 13:37

De wet van Moore gaat vrij specifiek over de frequentie waarmee het aantal transistoren op gelijk oppervlak verdubbelt, dus als het overstappen op een kleiner proces steeds langer gaat duren dan gaat de 'wet' niet meer op. Exponentiële groei wordt echter in veel meer velden gezien, eigenlijk bijna overal waar geen sprake is van 'trial and error'. De kosten van het uitlezen van DNA zijn de afgelopen jaren zelfs sneller dan exponentieel omlaag gegaan.

Om systematisch gebruik te kunnen gaan maken van quantumeffecten in microchips hebben we standaardonderdelen nodig - daarna zou het me verbazen als we geen exponentiële groei zouden zien in het aantal qubits (per cm² of cm³). Misschien dat het dan een soort reïncarnatie van de wet van Moore zal volgen

Fiander @Mitsuko • 18 februari 2016 16:22

Aangezien Moore over transistors gaat, en over oppervlakte, zorg oa AMD met HBM geheugen voor een opleving van de wet.

als de technieken beter worden, en de software beter met veeeeeel meer cores kan omgaan, dan kan de freq per core omlaag, gaat de warmte omlaag, en kan er gestapeld worden. zelfde oppervlak, meer trans

Mitsuko @Fiander • 18 februari 2016 16:25

Dat is waar ja, ik had niet aan stapeling gedacht. Het rekt de wet wel een beetje op, aangezien de transistoren zelf niet kleiner worden, maar als we ook stapeling gaan zien op echte processoren (en dus niet alleen maar geheugen) dan is dat denk ik wel de volgende grote stap.

Atmosfeer @rgjleclaire • 18 februari 2016 13:06

Dat denk ik ook, maar de periode waarin de snelheid steeds verdubbeld is wel aan het veranderen en zal (denk ik) steeds onregelmatiger worden. Zeker aan het begin van totaal nieuwe technieken.

Atomsk @rgjleclaire • 18 februari 2016 16:16

Dat creatief omgaan met de definities is nu juist wat ze afgelopen 10 jaar of zo al hebben gedaan. De wet van Moore is gewoon passé. Zie http://www.nature.com/new...n-for-moore-s-law-1.19338

Ook wanneer er ooit met opzet hele kleine schakelingen worden gemaakt waar quantum effecten optreden, dan nog zal veel van de rest van de print normale schakelingen moeten hebben die grover zijn, want aan uitsluitend kwantumdots heb je ook niets.