Delftse onderzoekers temmen elektron

Onderzoekers van het Kavli Instituut voor Nanowetenschappen van de TU Delft en de stichting FOM zijn er als eerste in de wereld in geslaagd om de richting waarin één enkel elektron spint in een nanostructuur te veranderen in de richting die zij willen. Met de ontdekking kan een zogenaamde quantumbit worden gemaakt, een soort van flipflop die uit een enkel elektron bestaat dat gevangen is in een zogenaamde quantumdot. Dit is een soort van elektrische val voor één enkel elektron dat gebruikt kan worden om informatie op te slaan: de qubit. Een qubit is op zijn beurt weer de basis voor een quantumcomputer, die hiermee dus weer een stukje dichterbij komt. Dit soort computers maakt geen gebruik meer van standaard transistors om logische bewerkingen uit te voeren en bitjes op te slaan, maar van effecten die beschreven worden door de quantumfysica.

Reacties (56)

[El Cid]

Een qubit is op zijn beurt weer de basis voor een quantumcomputer, die hiermee dus weer een stukje dichterbij komt.

Er zijn natuurkundigen - en niet de minsten - die denken dat een klassieke computer met 'transistors' op de allerkleinste schaal(planck), altijd sneller zal zijn dan willekeurig welke quantumcomputer dan ook.

[martijnvanegdom]

De huidige computers zijn te modeleren als determistische automaten. Juist met quatuamcomputing komen ook non-determistische modellen in praktijk aan hun trekken.. Dat feit alleen al maakt quatuamcomputing zinvol

[Verwijderd]

Tenzij je als fysicus juist gelooft dat het heelal deterministisch is. In dat geval is non-determinisme BS.

[Verwijderd]

waarvoor is dat zinvol dan? (geen flame, maar te weinig kennis hier)
voor AI oid?

[tmensink]

Er zijn vele problemen, o.a. in de AI die niet zeker op te lossen zijn in binnen een bepaalde tijd.

Bijvoorbeeld het logisch bewijzen van een groot aantal zaken. Het is dan niet aan te tonen of iets altijd klopt.

Juist met Quantumcomputers/wetten wel.

[Bas!]

Ik geloof dat er in de commentaren twee zaken door elkaar gehaald worden. Jij hebt het over NP complete (en/of harde) problemen. Daar had men het mijns inziens in het begin van de commentaren ook over en die problemen zullen voor zover ik begrepen heb misschien ineens wel oplosbaar zijn. Deterministisch staat tegenover stochastisch, maar dat heeft verder weinig met deze problemen te maken. De AI problemen zijn ook deterministisch maar wel NP-complete en ik heb begrepen dat dat soort problemen dus beter te benaderen zijn met quantumphysica.

[humbug]

Stochastische modellen zijn enkel interessant als je weet wat er gebeurd. Als je willekeurig random gedrag toelaat kun je net zo goed een aap je model laten maken.

Maar goed. Waarom heb je voor een stochastisch model een quantum computer nodig?

[VisionMaster]

Bingo, maar ik vind het lastig om te begrijpen hoe een qubit met een duale state d.m.v. een statistisch grap om kan vormen tot iets dat bruikbaar is.

[Verwijderd]

gelukkig hoef je technieken niet alleen om de factor 'snelheid' te ontwikkelen. Er zijn natuurlijk tientallen andere factoren te bedenken die wel positief uitvallen voor de toepassingen op quantumniveau (ipv grotere schaal).

[John_Glenn]

De naam quantum computing verwijst niet naar de kleine schaal van de dingen (en ook is het niet zo dat bij traditionele computers geen quantumeffecten komen kijken - de transistor is gebaseerd op quantumeffecten!). Het gaat erom dat de manier waarop er gerekend wordt nu gebruik maakt van quantumeigenschappen, terwijl bij de traditionele computer de berekeningen op een deterministische manier worden uitgevoerd.

Wat El Cid's punt betreft: ik denk dat vrijwel alle natuurkundigen die zich hiermee bezig houden het erover eens zijn dat een klassieke computer in veel processen principieel sneller is. De quantumcomputer wordt ontworpen omdat er een bepaalde klasse van problemen is die hij sneller zou moeten kunnen oplossen - en dit zijn juist problemen waar de oude vertrouwde computer moeite mee heeft. De belangrijkste voorbeelden zijn database-zoekopdrachten en het kraken van versleutelingen.

Om die laatste reden komt er denk ik veel geld uit militaire hoek naar dit soort onderzoek. Maar de gewone toepassingen zijn ook interessant... (MySQuL? ) en het gaat niet om een paar procent verbetering, maar ordes van grootte.

Als het lukt om zo'n ding ooit te bouwen - er zijn namelijk fundamentele problemen met de levensduur van een qubit - dan zal het dus niet een vervanger worden van de klassieke computer, maar meer een co-processing unit, speciaal voor de dingen waar hij goed voor is.

[Verwijderd]

Dank voor de toelichting, dat was in essentie ook wat ik wilde zeggen

[Verwijderd]

Das niet moeilijk, onze kennis over de computers zoals wij ze kennen is meer dan 30 jaar oud, en de quantumconcepten...? Uiteindelijk, als we nog een stukje verder kijken lijkt het mij wel mogelijk dat die quantumcomputers wel efficienter worden en effectief de traditionele structuren gaan vervangen.

[Verwijderd]

Dan moeten die jongens zich toch wat beter inlezen in quantum parallelisatie.

[El Cid]

Dan moeten die jongens zich toch wat beter inlezen in quantum parallelisatie.

Het was Gerard 't Hooft die deze opvattingen huldigde. Deze 'jongen' zal vast wel verstand van zaken hebben. Een nobelprijs win je niet zomaar.

[Verwijderd]

(reaktie op blobber)

Uh Einstein is in principe een van de uitvinders van de Quantum mechanica met zijn werk op fotoelectrische effecten die de basis daarvan was. Sterker nog, zijn eerste belangrijke werk en de enige waar hij een hele tijd de nobelprijs voor had was het werkstuk genaamd "On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light" die quantum effecten voor het eerst beschrijft.

Dat hij later niet blij was met de manier waarop quantummechanica zich verder ontwikkelde omdat het hem niet lukte deze te rijmen met zijn relativiteitstheorie (het samenbrengen van deze theorieën heeft de laatste 30 jaar van zijn leven in beslag genomen), neemt niet weg dat hij een van de geestelijke vaders is van de Quantummechanica.

Zie ook Wikipedia

[blobber]

Vaak hebben juist zulke grote namen hele vastgeroeste ideeën en zijn vaak fel tegen ideeën van mensen die met een frisse geest tegen de dingen aankijken.Neem Einstein maar, die de toen revolutionaire nieuwe Quantummechanica te vuur en te zwaard bestreed.Ook hij was een Nobelprijswinnaar

[Madcap]

"Juist de grootste namen hebben "out-of-the-box" gedacht en zijn met totaal nieuwe ideeen gekomen die een revolutie in de wetenschap hebben betekend."

'There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement.'

~ William Thomson (Lord Kelvin), 1900

[Laurens-R]

Touche!

[Verwijderd]

Hou wel even in gedachte dat Einstein de relativiteits theorie heeft bedacht en daarmee juist een frisse geest toonde. Wat je zegt is complete bullshit.
Juist de grootste namen hebben "out-of-the-box" gedacht en zijn met totaal nieuwe ideeen gekomen die een revolutie in de wetenschap hebben betekend.

Daarom krijgen zij ook de nobelprijs, omdat ze dermate grote ontdekkingen hebben gedaan.

[Verwijderd]

onzin, we zijn er nog lang niet!

Einstein kwam ook pas na die uitspraak met zijn ' nieuwe ontdekkingen'

En zwaartekracht, de primaire oerkrachten, etc. moeten allemaal nog ontdekt worden.

[Verwijderd]

Kib_Tph: wetenschappers worden "grote namen" na hun grote ontdekkingen, iets waar ze mogelijk pas jaren later een nobelprijs winnen. Het out-of-the-box thinking waar je het over hebt, gebeurt op jongere leeftijd, meestal nog voordat de naam en faam er is. Einstein is hier een typisch voorbeeld van (denk aan zijn zoektocht naar de Unified Field Theory, en zijn afwijzing van bepaalde bevindingen in de quantummechanica ("Quantum mechanics is certainly imposing. But an inner voice tells me it is not yet the real thing. The theory says a lot, but does not really bring us any closer to the secret of the Old One. I, at any rate, am convinced that He does not throw dice.")). Hij zei zelf ook dat hij zich dit kon veroorloven - hij had zijn naam al gemaakt.

Dus, wat blobber zegt is zeer zeker geen "complete bullshit".

[Jack_NL]

Ik las laatst een artikel in 'Technisch weekblad' over "Quantum-computers".
Ik ben geen expert in quantum-mechanica, maar zoals ik het artikel begreep is het bijzondere dat een qubit zowel 1 als 0 tegelijk kan zijn. (ze hebben dus eigenlijk 3 states: 1, 0 en beide)
In dat artikel werd ook gezegd dat een "quantum-computer" qua schakelsnelheden erg traag zijn (als ik me goed herinner slechts een paar MHz'en)
Maar ze gaven een voorbeeldje waarmee het voordeel duidelijk wordt: ze kunnen namelijk, in tegenstelling tot huidige pc's, alle berekeningen in 1x doen!
Het voorbeeld dat ze gaven was het kraken van een x-bits code, een normale pc moet elke mogelijke combinatie van bits achter elkaar proberen.
De "Quantum-computer" zou door de qubits in 'beide' mode te zetten elke mogelijke combinatie van bits in 1x kunnen uitproberen!!!
En dit geeft natuurlijk (ondanks de lage snelheid) een enorme performance winst

PS:
"Quantum-computer" omdat volgens het artikel er nog geen concept bestaat voor een "quantum-computer", het is alleen nog maar een science-fiction fantasie om met qubits een computer te kunnen bouwen.
Bovenstaand voorbeeld zal dan ook alleen kunnen als er daadwerkelijk een computer gebouwd kan worden die kan 'rekenen' met qubits.
Vooralsnog is men (volgens dat artikel) alleen in staat om qubits op te slaan en weer uit te lezen

[Boreras]

Hoe kan een transistor op planck schaal werken?

Transistor = halfgeleider, gebeurd toch doordat er 1 elektron teveel is in de constructie van "verbinde" atomen? Zo werkt iig wel de siliconen transistor, legt uit alstublieft. (dit alles is wel gebaseerd op dat een electron groter is dan planck, wat het volgens mij was)
(EDIT: een planck -> planck)

[BramT]

Sorry, maar de plank-schaal (1x10^-35 meter) halen we nooit. Nou ja, nooit... maar tegen die tijd is quantum-mechanica iets wat ze op de basisschool even doen...

En op die schaal heb je het al lang niet meer over 'computers'. Die term (en alles wat we kennen) is daar niet eens meer van toepassing. Ter vergelijking: er zitten aanzienlijk meer kubieke centimers in het voor ons zichtbare heelal (wiki: "The observable universe contains about 5 × 10^22 stars, organized in around 80 billion galaxies") dan kubieke plank-'meters' in een kubieke centimer.

[MeMoRy]

Ik hoorde laatst dat dit alleen bij heel lage temperaturen werkte (een tiental kelvin)... ik zit de links te lezen, maar kan daar geen informatie over vinden... heeft iemand een idee/iets gevonden?

[Doogie]

Dat klopt, zit lager dan 4K. Bij hogere temperaturen gaan thermische fluctuaties teveel storen.

[user109731]

Als reactie op een aantal vragen/opmerkingen hierboven:

kijk eens op deze site, hier word het redelijk goed uitgelegd

[Verwijderd]

Nog een interessante link (de NWO-Huygenslezing van Carlo Beenakker): klik hier (pdf)

[Verwijderd]

ik zie het al voor me, electronen aerobics.

-en dan nu allemaal naar links stuiteren-

[Remond_FRL]

erg leuk voor de uni, nog leuker voor onze toekomst

en voor de mensen die niks snappen van quantum fysica
het vervolg van ''what the bleep do we know'' is net uit ;-)

[Verwijderd]

uhm, ik weet niet of je het doorhad, maarre...

What the 8!3#P is puur propaganda voor een religieuze sekte: Trancedente meditatie en Bhagwan. Het probeert de Kijk-generatie te overtuigen met een flinke scheut populair wetenschappelijke saus. Een aantal 'feiten' zijn echter zeer omstreden (de vorm van sneeuwkristallen is te veranderen door meditatie? )
Oh ja, en dan die dove actrice om extra sympathie te wekken?

Helemaal het toppunt is die blonde gezette mevrouw in een jurk (een medium) die zogenaamd een oude indiase guru laat spreken die al honderden jaren dood is. En dit wordt serieus gebracht als zijnde een interview met een wetenschapper.

What the bleep gaat dus niet over kwantumfysica maar is er met de bij de haren bijgesleept vehikel voor religie/TM/sekte!

Vergis je niet in "what the bleep ..". Veel van de dingen daarin zijn nog theorieen,

Nee, het zijn verzonnen bewijzen voor Trancedente Meditatie. Zoek je bronnen ajb ergens anders want deze zijn niet betrouwbaar. Gevaarlijk zelfs.

@ vultura
Bron? De film... wat valt daar nog aan toe te voegen? Wat meer heb je nodig dan gezond verstand om het niet serieus te nemen?
Het staat trouwens gewoon in de aftiteling aan het eind te lezen

@Hyeronimus

Een iets genuanceerdere reactie was denk ik wat aardiger geweest. Stokpaardjes zijn immer weinig populair.

bedankt, maar zo begon ik ook (d8 ik). Daarom heb ik de film ook helemaal gezien. Maar de inhoud ging me zo tegenstaan omdat het zo sneaky erin geweven is.
Als het een stokpaardje lijkt, dan is het iig niet de mijne.

Ik ben het zeker met Bamboe eens die zegt

Voor de huidige wetenschappers die zich maar op een manier van benaderen hebben gefocust is het erg moeilijk om te accepteren dat er ook nog andere manieren zijn van observeren.

Je moet altijd je ogen open houden, maar je bronnen wel zuiver houden.

[Verwijderd]

En nu jouw eigen bronnen nog even A.U.B...

@Jeep
Waar haal je die sekte vandaan dan?
Zeggen ze in de film zelf (die ik zelf overigens nog niet heb gezien, dus het zou kunnen) dat ze het maar verzonnen hebben en dat ze eigenlijk een gevaarlijke sekte zijn?
Iets zomaar roepen is nou ook niet echt wetenschappelijk...

[Gagarin]

http://en.wikipedia.org/wiki/What_the_bleep

[Hyronymus]

Niet alles in de Wikipedia is waar hè. Daarnaast zijn wetenschappers van nature huiverig for "trivialisering (= alledaags worden) van de wetenschap". Bedenk bij het lezen van kritiek welk standpunt de schrijver heeft.

@jeep: blijkbaar heeft niet iedereen beseft dat de film een poging was om transcedente meditatie onder de aandacht te brengen van een breder publiek. Een iets genuanceerdere reactie was denk ik wat aardiger geweest. Stokpaardjes zijn immer weinig populair.

[bamboe]

http://en.wikipedia.org/wiki/what the bleep.....
laast bijgewerkt door Jeep...
nee nu even zonder gekheid,

Bepaalde feiten zijn en waren al lang bekend voordat deze door de wetenschap op hun manier van denken konden worden aangetoond, met bepaalde meditatie technieken (vipasana) kan je je eigen lichaam scannen, en als je er ver genoeg in vorderd kan je je eigen organen voelen en nog meer. (dit heeft helemaal niets met sektes te maken)

Pas toen wij als westerse mensen gingen open snijden kwamen we hier achter, nu worden een hoop van dit soort dingen bevestigd door de wetenschap, hoe denk je dat de acupunktuur is ontwikkeld vroeger?
Voor de huidige wetenschappers die zich maar op een manier van benaderen hebben gefocust is het erg moeilijk om te accepteren dat er ook nog andere manieren zijn van observeren.

[MacD]

Sterker nog...het zijn allemaal van die bagwans die geinterviewed worden in de film. De vier serieuze (lees: echte) wetenschappers die voor die film zijn geinterviewed hebben zich ver van de film gedistantieerd, omdat hun woorden ONTHUITSEND erg uit het context werd gehaald.

Een van de wetenschappers werd zelf geinterviewd over de quantum effecten en de geest. Wat er door knappe editing in de film kwam is letterlijk het tegenovergestelde van wat deze wetenschapper heeft verteld. Check op wikipedia als je lui bent, zoek zijn eigen vernietigende weerwoord op als je kunt google-en.

Echt, 'what the bleep do we know'is een kutfiolm van het ergste soort. Het bevat zoveel drab en leugens in dat het niet leuk meer is. Sommige onzin is overduidelijk (dat die schepen van de sp[anjaarden niet gezien zouden zijn door de inheemse bevolking: NERGENS is dat gedocumenteerd...en als je even denkt is het dom oook...dan had de hele wereld het maanlandings voertuig niet kunnen zien..en dan zou het kijken van een sciencefiction film HEEL lastig zijn ). Andere onzin is geniepige leugens die je alleen door hevbt als je daadwerkelijk iets van quantummechanica, signaalbewerking en/of wiskunde afweet.

Maar die film is echt walgelijk. Vraag het maar aan iemand die het zou kunnen weten.

[dadj]

Ja, en hoe heet die film dan??

[Mentalist]

What the bleep do we know

What the Bleep!?: Down the Rabbit Hole

Ik heb What the bleep ook gezien, vond het wel aardig, maar had ook mijn twijfels of het allemaal wel klopte. Maar op zich wel leuk.

[BramT]

[offtopic, maar wel geinig ;)]
Vergis je niet in "what the bleep ..". Veel van de dingen daarin zijn nog theorieen, neem niet alles zomaar voor waar aan. Ik verdiep me 'tegenwoordig' in dit soort dingen. Quantum-theorie is overigens wel zeer geinig: stukje basis-principe uitleg voor de leek (wat overigens wel uit het vervolg van "what the bleep .." komt).
[/offtopic]

[xbassiex]

Maar kunnen ze elektronen ook echt controleren? Ik dacht dat het iets was met kansberekening waar elektronen zich bevinden. Of kraam ik nu onzin uit? Of een 2e optie, dit doet er niet toe voor quantumcomputer? Of beide...

[Verwijderd]

Je kunt nooit exact weten waar de elektronen zich bevinden. Dat is inderdaad wat de onzekerheids relatie van Heisenberg zegt.

Maar dat is dan ook niet wat deze groep doet. Zij kijken niet naar de locatie van het electron. Zij kijken naar de spin. Dat is een eigenschap van het electron. Het kan slechts twee toestanden bevatten: Spin up, en spin down. En als er een ander electron in dezelfde baan zit, dan kan die alleen tegengestelde spin bevatten.
De groep in Delft is het gelukt om een electron van de ene spin toestand in de andere te zetten.

De onzekerheids relatie geldt niet voor spin. Niet alles is onzeker in de qm. Het aantal electronen om een kern is ook een vast getal... De onzekerheid geldt voor plaats en snelheid van een deeltje.

[Inuyasha]

Dat is alleen als elektronen zich in hun elektronenwolk om de kern bevinden. Deze wolk is opgebouwd uit schillen en subschillen, en elke schil/subschil heeft een karakteristieke vorm. Elke subschil is een gebied waar het elektron, dat bij deze subschil hoort, zich kan bevinden.

Heb meteen ff een stukje van wikipedia gehaald

De elektronenwolk wordt het best beschreven als een kansverdeling, waarbij een elektron zich niet op een exact bepaalde plaats bevindt. Men kan slechts spreken van een bepaalde kans een elektron binnen een eindig volume aan te treffen. Elk elektron van het atoom heeft een andere kansverdeling, hetgeen beschreven wordt met de kwantummechanica. Deze kansverdelingen worden vaak "schillen" genoemd, omdat de elektronen met de hoogste energie zich over het algemeen verder van de kern, in de "buitenste schil", zullen bevinden.

Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Atoom#De_elektronenwolk

Hierbij hangt het volgende probleem ook samen: je kan van het elektron de plaats bepalen, maar op datzelfde tijdstip, kan je de snelheid niet bepalen. En omgekeerd.
Dus als je het ene meet op tijdstip X, dan kan je het andere niet meten. Ook is daaruit gebleken dat elektronen zich op miraculeuze wijze op meerdere (2) plaatsen in de schil tegelijk kunnen bevinden.

[darkfader]

Het zou niet echt zinvol zijn als ze dat niet konden, he?
Het werkt niet altijd 100% maar voorlopig goed genoeg om mee te experimenteren. Met een enkel qubitje kun je het proefje gewoon overdoen. Geen idee wat er gebeurd als je een hele quantumcomputer gaat bouwen...
Een complete proef kan trouwens ook niet zo heel lang duren omdat de entanglement weer verdwijnt.

[sniek]

Voor 10Kelvin heb je wel een dikke Zalman nodig!

[MichielioZ]

<offtopic>
Idd heeft de eveneens nobelprijswinnaar Richard Feynman de stelling geopperd dat het bepalen van de locatie van electronen (of eigenlijk meer "elementaire deeltjes") een soort van kansdichtheidsfunctie is...
In normaal Nederlands : de exacte locatie van een electron is onbepaald, er zijn verschillende kansen voor verschillende locaties, TOTDAT je 'm meet.
Dan stort de kansdichtheidsfunctie ineen en is er maar 1 locatie over.
</offtopic>

[BartOtten]

Ik lees dit: Een konijntje zit verstopt in een kast. Er zijn verschillende kasten en ik weet niet waar het inzit tot ik de goede kast opentrek. Dan is er nog maar 1 mogelijke positie (de goede kast).

Heb ik het fout als ik het zo lees?

============

Als je de elektron op de grond laat vallen, komt het dan in het Guinessbook of Records als kleinste tol?

[ATS]

Ja, dat heb je fout. De quantumtheorie voorspelt dat hij op alle plaatsen tegelijk is totdat je hem meet. Dat is heel iets anders dan dat je gewoon niet weet in welke kast het konijn zit.

[drZymo]

Als we toch bezig zijn met offtopic gebabbel. Feynman zijn boeken zijn een aanrader om te lezen. In "The Feynman Lectures on Physics" wordt naast een heleboel andere dingen ook quantum mechanica uitgelegd. Ben er zelf nog mee bezig maar het is een goed boek (naja eigenlijk 3 goede boeken ).

[Verwijderd]

Met de ontdekking kan een zogenaamde quantumbit worden gemaakt, een soort van flipflop die uit een enkel elektron bestaat dat gevangen is in een zogenaamde quantumdot. Dit is een soort van elektrische val voor één enkel elektron dat gebruikt kan worden om informatie op te slaan: de qubit. Een qubit is op zijn beurt weer de basis voor een quantumcomputer, die hiermee dus weer een stukje dichterbij komt.

Kan iemand dit even in het nederlands uitleggen? Ik snap er geen bit van

[just_moving]

Misschien nog even ter verduidelijking: een flipflop is een geheugeneenheidje dat opgebouwd is uit transistoren en wordt in een processor o.a. als register gebruikt. Nu hebben ze een manier gevonden om op quantumschaal, zonder transistoren, informatie op te slaan, dat kan gebruikt worden in "quantumprocessoren".

[Daimanta]

Nou, ze hebben dus een manier bedacht om een elektron te vangen in een 'kuiltje' en het is mogelijk die dingen in 2 toestanden te krijgen(net als een bit). Hoe dat ding de basis is voor een quantumcomputer kan ik hieruit niet afleiden. Misschien een expert in dit draadje?

[Verwijderd]

flapperdeflap! zoals de goede oude pipo zou zeggen. Lekkere uitleg jongens, ik snap er nu alles van. Geloof ik, misschien, eventueel. maar een iettttsje minder (al dan niet oprecht) wetenschappelijke uitleg zo dat iemand die geen quantum-mechanica studeert maar gewoon een computer freak is, het ook snapt, mag dat. kunnen jullie dat?

[Havocnl]

sapperdeflap