Onderzoekers maken meetopstelling om bestaan majoranadeeltje te bewijzen

Onderzoekers van de technische universiteiten van Delft en Eindhoven hebben een meetopstelling gepresenteerd waarmee het moet lukken om twee majoranadeeltjes van plaats te laten wisselen. Dat zou het tot nu toe overtuigendste bewijs voor het bestaan van de deeltjes zijn.

De wetenschappers hebben in een publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Nature een opstelling van een chip omschreven waarin ruimte is gecreëerd voor de majoranadeeltjes om van plek te kunnen wisselen. Daartoe wordt met vier nanodraadjes een soort kruispunt in de vorm van een hashtag gemaakt, zodat er een gesloten ring is waarlangs de deeltjes kunnen bewegen. Als hiermee kan worden aangetoond dat de deeltjes van plaats kunnen wisselen en het majoranadeeltje ook echt bestaat, kan dat een belangrijke basis vormen voor de ontwikkeling van kwantumcomputers.

De opstelling wordt als het ware vanuit het niets opgebouwd. De nanodraadjes, die uit indiumfosfide bestaan, worden gekweekt op een speciaal geëtst substraat. Daarmee wordt precies het gewenste netwerk gevormd om de deeltjes in staat te stellen van plaats te wisselen. Hier wordt dan een stroom aluminiumdeeltjes doorheen geblazen, waardoor op bepaalde plekken laagjes aluminium ontstaan; deze laagjes vormen de contacten waar de majoranadeeltjes ontstaan. De opstelling zal worden gebruikt in een vacuüm en bij een zeer lage temperatuur, zodat de aluminiumcontacten schoon en zuiver zijn. Door kleine stroomstoten worden de deeltjes rondgestuurd in het kruispunt, waar ze draaibewegingen moeten gaan vertonen totdat een paar stabiliseert.

Hoogleraar Erik Bakker van de TU Eindhoven heeft tegen de Volkskrant gezegd dat het nog een halfjaar kan duren voordat de onderzoeksteams op deze manier daadwerkelijk waterdicht kunnen bewijzen dat hiermee stabiele qubits via het proces van vervlechting zijn te maken. Daarbij moet eerst worden vastgesteld of de gecreëerde deeltjes daadwerkelijk majoranadeeltjes zijn; daarvoor is het gedrag van de deeltjes bij het verwisselen essentieel. Hoogleraar Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden zegt enthousiast te zijn over de nieuwe experimenten en stelt dat ze, als de methode daadwerkelijk stabiel blijkt, een belangrijke ontwikkeling vormen voor quantumrekenen.

In 2012 vonden Delftse onderzoekers onder leiding van Leo van Kouwenhoven aanwijzingen voor het bestaan van het zogeheten majoranafermion. Bij de toen gebruikte meetopstelling bevonden zich twee majoranadeeltjes in een enkele draad, waardoor het voor de deeltjes onmogelijk was om elkaar te passeren zonder elkaar te vernietigen; er was geen ruimte om langs elkaar te bewegen. Dit probleem wordt door de nieuwe meetopstelling in theorie opgelost in de vorm van de hashtag.

De Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana voorspelde het bestaan van het majoranadeeltje al in 1937. De kenmerkende eigenschap van dit deeltje is dat het zijn eigen antideeltje is. Via vervlechting worden de deeltjes zeer robuust, waardoor ze geschikt moeten zijn als stabiele bits voor quantumcomputers; de deeltjes moeten door hun robuustheid relatief ongevoelig zijn voor verstoringen.

Onderzoeker Bernard van Heck kreeg in 2016 de Christiaan Huygens-wetenschapsprijs voor het vervlechten van majoranadeeltjes door middel van elektrische signalen voor computerschakelingen, zonder de deeltjes te verplaatsen. Het omwisselen van twee majoranadeeltjes zou de basis kunnen vormen van een qubit, de rekeneenheid van quantumcomputers. De door Van Heck beschreven methode wordt gebruikt door de onderzoeksteams die bij de hashtagopstelling zijn betrokken.

Het onderzoek is uitgevoerd door diverse internationale onderzoeksteams. Een team van de TU Delft was verantwoordelijk voor het etsen van het substraat. Daarnaast hebben onderzoekers van de TU Eindhoven de nanodraadjes laten groeien en heeft een team van de Amerikaanse universiteit van Santa Barbara de aluminiumcontacten gemaakt. De metingen voor het maken van de chip zijn weer in Eindhoven en Delft uitgevoerd.

Reacties (49)

[Stoelpoot]

Hashtag

Gewoon hekje zullen mensen ook wel begrijpen. Bovendien is een hashtag pas een hashtag als het, naast een hekje, ook tekst bevat.

[Yggdrasil]

Jep, een hekje wordt in het Engels wel hash genoemd (en daar komt weer de term hashtag vandaan). In het gepubliceerde artikel gebruiken de wetenschappers de term hashtag, wat eigenlijk niet correct is.

[Stoelpoot]

De wetenschappers zelf ook? Zucht.

[JAVE]

Hey, ze kunnen niet alles van alles weten.
Ik heb liever dat ze de # verkeerd benoemen, dan dat ze fouten maken in hun berekeningen...

[matthew2300]

Wel weer typisch Nederlands om je druk te gaan maken over het wel of niet verkeerd gebruiken van de hashtag én of je deze wel mag gebruiken. Als er clôture had gestaan, was het dan wel goed geweest?

[Stoelpoot]

Alleen als TNet ook in Wallonië of Frankrijk begint

En laten we blij zijn dat we niks beters hebben om ons druk over te maken. Als dit ons grootste probleem is, dan ben ik toch redelijk tevreden.

[Reactie gewijzigd door Stoelpoot op 4 augustus 2024 08:18]

[SiGNe]

In Nederland denken wel bij hash al snel aan iets anders

[vharten]

Ja dat is om het marihuanadeeltje te bewijzen

[SiGNe]

[Durandal]

Gewoon hekje zullen mensen ook wel begrijpen. Bovendien is een hashtag pas een hashtag als het, naast een hekje, ook tekst bevat.

Indrdaad. Die fout zie je tegenwoordig heel veel.
# is gewoon een Hash.
#ditiseenhastag, welke bestaat uit een hash en een tag.

[Antonst]

Dit dus.
Op zichzelf heet het hekje ook wel hash, dat had acceptabel geweest. Maar hashtag? Please.

[JAVE]

Hash, pound sign, number sign, octothorp...
Er zijn genoeg namen voor #, en dan toch nog een foute kiezen

[bolke de beer]

Het is wel een hashtag, want als het alleen een losstaande hash is, kunnen de majoranadeeltjes niet van plek verwisselen.

[tweazer]

vroegah werd dat ding een matje genoemd...

[JAVE]

IK dacht dat dat een haags kapsel was

[tweazer]

jep, ook een versie voor je voordeur of in de auto, soms een ding onder je neus, een variant voor in de mond, met wat ras lig je er bovenop.

[WoWo]

Ik noem het altijd een doodgereden-hondje...

[DigitalExorcist]

"Een hekkie!?"

[Stoelpoot]

Ja, dat hekkie, 4chan.

[.oisyn]

Wat ik in dit artikel een beetje mis is dat majoranadeeltjes geen echte deeltjes zijn; het zijn quasideeltjes, deeltjes die niet echt bestaan maar door bepaalde eigenschappen van hun omgeving zich gedragen als deeltjes. Het is dus puur een opkomend verschijnsel. Je kunt ze dan ook niet terugvinden in het standaardmodel.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 4 augustus 2024 08:18]

[Durandal]

Maar in het artikel boven worden ze majoranafermionen genoemd. Dat suggereert fysieke deeltjes. Of zijn het dan quasi fermionen?

[.oisyn]

Precies . De omgeving zorgt voor zo'n kwantumtoestand dat het geheel zich gedraagt als een fermion.

[blobber]

Op zich wel merkwaardig aangezien fermionen niet hun eigen antideeltje zijn, dan denk ik eerder aan bosonen

[.oisyn]

Mathematisch staat een fermion niets in de weg om zijn eigen antideeltje te zijn. Het is overigens nog niet uitgesloten dat de neutrino een majoranafermion is.

[Verwijderd]

Ik beschouw quantum computing als de volgende grote revolutie en ben altijd erg geïnteresseerd in dit soort onderzoeken. Wat het punt namelijk is, is dat deze technologie de manier waarop we denken over het concept 'computer' compleet overhoop zal gooien. De limieten van computers waar op dit moment tegen aan gelopen wordt zullen in één klap opgeschoven worden. Dat kan betekenen dat de ontwikkeling van medicijnen, gebruik van machineleren enzovoorts in een stroomversnelling zal raken. Ook al zal het allemaal nog wel even duren... Ik ben erg benieuwd wanneer we deze ontwikkeling in de praktijk zullen tegenkomen.

[Tielenaar]

Niet in 1 klap Je moet een kwantumcomputer niet zien als een computer met oneindige snelheid. De werking is anders en huidige software is helemaal niet compatible. De toepassingen zijn vooralsnog beperkt, maar met de juiste programmering zou het inderdaad wel mogelijk kunnen zijn om een voorheen moeilijk doel heel snel te behalen.

[OddesE]

Het zal bit voor (kwantum) bit gaan denk ik. Een 8-bit kwantum computer is al behoorlijk krachtig geloof ik.

[phYzar]

Even voor mijn begrip: hoe kan iemand in 2016 een prijs winnen voor het vervlechten van deeltjes, waarvan ze pas in 2017 hopen te bewijzen dat ze bestaan?

[rajackar]

Als ik het goed begrijp was het bestaan van de deeltjes al bewezen maar gaat dit puur om de deeltjes te kunnen laten bewegen, verwisselen zodat er mee gerekend kan worden.

[Dutch_CroniC]

Nee ze vonden aanwijzingen voor het bestaan van de deeltjes, welke ze met deze opstelling proberen te bewijzen.

[Pathogen]

Dat is nou quantumwetenschap

[Amadeus1966]

Vindt dit soort wetenschap prachtig mooi.
Bewijzen vinden voor iets wat waarschijnlijk wel of niet bestaat.
Dan vervolgens om dit al of niet te bewijzen een procedure of een testopstelling op te zetten waarbij er iets kan ontstaan wat nog niet bewezen of aantoonbaar is geweest.
Om vervolgens als er iets ontstaat te kunnen zeggen van zie je wel ....het bestaat.
Maar hoe kan je iets nieuws determineren als je niet weet hoe het eruit ziet (maw hoe kan iemand zeggen van dat is het terwijl niemand weet wat het is en hoe het er uitziet ), voor hetzelfde geld is het iets geheel anders.

Bovenstaande is geen sarcasme, ik heb diepste bewondering voor de wetenschap.
Maar soms vraag ik me wel eens af hoe ze het ondefinieerbare kunnen definiëren.

[JAVE]

Meestal is er iemand die al een hele tijd voor het daadwerkelijke experiment heeft zitten filosoferen over het bestaan van hetgeen ze willen bewijzen. Je kan een hoop afleiden uit wat je al wel weet namelijk.
(Een beetje zoals: Als je weet dat een knikker 10 gram weegt, en je hebt een zak van 100 gram waarvan je weet dat er maar 8 knikkers inzitten, dan kan je bedenken dat er nog iets anders in moet zitten dat even zwaar is als 2 knikkers. Zolang je nog geen manier hebt gevonden om de zak open te maken is dat alleen maar theoretische kennis. Je weet namelijk niet wat dat iets is)

[Raptor]

Volgens mij weegt de zak 20 gram

[JAVE]

Daar heb je een andere theorie... Nu moet een test uitwijzen welke er klopt

[__Michiel__]

Of beide

[Somoghi]

Of geen van beide, de meting is fout

[martijnmaas]

"De door Van Heck beschreven methode wordt gebruikt door de onderzoeksteams die bij de hashtag opstelling zijn betrokken."
Dit was kennelijk een theorie dus.
Die nu daadwerkelijk bewezen gaat worden.......

[bartovitc]

Naar mijns inziens zit toch juist de moeilijkheid van Quantum mechanica in het aflezen van deeltjes (of Qubits)? Deze zouden toch zich als "normale" bits gaan gedragen zodra ze worden afgelezen?

Hoe kunnen ze dan op dit moment richting stabiele deeltjes toewerken zonder dat deze waargenomen mogen/kunnen worden?

(I know veel vragen, dus hoop dat iemand verheldering kan geven)

[bigbadbull]

meestal ben ik redelijk mee met wat ze bedoelen, maar dit hier slaat toch kant noch wal voor mij.
ze willen het bestaan van deeltjes aantonen, door te bewijzen dat ze van plaats verwijderd zijn. euh wacht eens om te kunnen aantonen dat iets van plaats verwisseld is moet je in mijn ogen kunnen aantonen dat ze deel A eerst op positie Z staat en deel B op Y en daarna dat A op Y en B op Z staat.
maar blijkbaar kunnen ze niet eens bewijzen dat het op A staat (waarmee het bestaan ook direct bewezen is).
nu lijkt het mij op "ik ga bewijzen dat de nieuwe kleren van de keizer wel degelijk bestaan door ze te verplaatsen. kijk in mijn linkerhand heb ik zijn nieuwe broek en in mijn rechterhand zijn jas. (beweeg wat met mijn handen) en kijk nu is het net omgekeerd dus de nieuwe kleren van de keizer bestaan, ik heb wel eerst de broek op tafel moeten leggen want ik kan ze niet beide in 1 hand houden."

[Amadeus1966]

Onderschat de kennis van sommigen hier niet.

[trisje]

Nou mogen ze het gelijk even uitleggen. als dat mogelijk is. Al is het al om duidelijk te maken waarom het dan sneller is als een gewone chip. ja het kan 0 of een 1 tegelijk tijd zijn, maar hoe maakt het dan een berekening sneller.

[Playa del C.]

Een voorbeeldtoepassing:
Een normale pc moet uit een dataset alle gegevens één voor één bij langs om iets te vinden.
Een quantum pc kan met één actie meteen het doel bereiken.

Praktische computeropdracht:
Alle letters van het alfabet zijn een cijfer. A=1, B=2, enz.
Welke letter heeft de waarde 21?

Slecht geprogrammeerde pc gaat dan elke combinatie op volgorde checken.
(21+ stappen nodig)

Een goed geprogrammeerde computer (met slim algoritme) moet een klein aantal handelingen doen. Begint bijvoorbeeld bij 20, omdat het eerst heeft gecheckt waar 21 dichtbij zit. (3+ stappen nodig)

Een quantum-computer kan het antwoord met één simpele handeling achterhalen. (1 stap nodig)

[nietorigineel]

Vraag van Trisje is nou juist HOE die quantum pc dat in 1 stap kan doen.

Waarschijnlijk niet in een reactie op tweakers uit te leggen, maar dat is voor mij ook lastig te bevatten.

Een quantumbit is 1 en 0 tegelijk, akkoord, maar het antwoord is niet 1 en 0, maar 1 of 0. Hoe komt nou uit alle antwoorden van alle berekeningen die tegelijk worden uitgevoerd het juiste antwoord bovendrijven?

[Playa del C.]

Dat komt juist omdat een bit niet meer 0 of 1 is. Heel simpel gesteld, kun je zeggen dat elke bit een oneindige hoeveelheid waardes kan aannemen. Je zou de waarde 'A1B2C3... ...Y25Z26' kunnen toepassen in een quantum-algoritme. De klassieke manier blijft constant rekenen met 0 of 1 en daardoor moet een normale pc heel veel stappen zetten om van de bits tot een eindresultaat te komen.

Anders gezegd: omdat de qubit zelf zo complex is, kan de berekening simpel en kort worden gehouden.
Gebruik je simpele bits, dan zullen de berekeningen complex en lang zijn.

[trisje]

Oke de qubit kan alle waarde aannemen, dat is handig want dan heb je maar een qubit nodig in plaats van meerde bits als de waarde hoger is dan 1. Maar meerdere bits betekend niet dat de computer meerdere stappen moet nemen. eigenlijk neemt de computer minderstappen met meerdere bits.
Met eenn qubit moet men ook de zelfde berekening doen om tot een resultaat te komen lijkt me. ook al kan die alle waarde tegelijkertijd zijn, uiteindelijk moet ie wel de juiste waarde weergeven.

[Playa del C.]

Het is alsnog een andere manier van 'rekenen' en door de veel grotere complexiteit is het uiteindelijk veel sneller voor bepaalde toepassingen.
Een cpu kan uiteindelijk alleen maar bits optellen en aftrekken. Optellen van qubits levert voor complexe berekeningen (bijv. encryptie) enorme snelheidswinst op.