TU Delft: trommeltjes van grafeen zijn wellicht bruikbaar als kwantumgeheugen

Onderzoekers van de TU Delft hebben kleine trommeltjes van grafeen gemaakt die bruikbaar kunnen zijn als geheugenchip in kwantumcomputers. Ze gebruikten fotonen om op het trommeltje te 'slaan'.

Lichtdeeltjes hebben nauwelijks kracht, maar doordat grafeen een extreem lage massa heeft, konden de onderzoekers van de TU Delft het grafeentrommeltje van 4 micrometer met licht 'bespelen'. De onderzoekers hopen erin te slagen het trommeltje uiteindelijk tegelijkertijd op en neer te laten bewegen. "Daar zijn we nog niet in geslaagd, maar het zou kunnen dat dat in een toekomstig experiment wel lukt", aldus onderzoeksleider Gary Steele tegenover Tweakers.

Als het lukt kunnen de grafeentrommeltjes worden ingezet als kwantumgeheugen. In kwantumcomputers kunnen bits tegelijkertijd 0 en 1 zijn, wat leidt tot een ongekende rekencapaciteit. De 'kwantum-grafeentrommeltjes' zouden in een kwantumcomputer kunnen worden gebruikt voor tijdelijke opslag. De onderzoekers doen hun resultaten uit de doeken in het vaktijdschrift Nature.

Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen en Stichting FOM hebben ook een manier gevonden om de spin van elektronen in grafeen voor langere tijd te manipuleren. Dat lukte met behulp van elektrische velden, in tegenstelling tot magnetische velden, zoals tot nu toe enkel mogelijk was. De onderzoekers gebruikten lagen isolerend boornitride om een vlokje grafeen van de buitenwereld te isoleren.

De spin van elektronen in grafeen zou kunnen worden gebruikt om informatie in op te slaan, maar het probleem is dat die informatie maar kort wordt vastgehouden. De onderzoekers, die hun resultaten in Physical Review uit de doeken hebben gedaan, wisten de zogenoemde spin-relaxatietijd te verhogen naar meer dan 2 nanoseconden. Dat is de tijd waarna de elektronen hun 'waarde' verliezen. Tot nu toe lag die tijd op 0,2 nanoseconden. Bovendien is het makkelijker om de elektronen te manipuleren met elektrische dan met magnetische velden.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Hoe fotonen het grafeentrommeltje 'bespelen'

Reacties (19)

[Blokmeister]

Ah leuk, mijn oude vakgroep in Groningen. Er wordt daar veel onderzoek gedaan naar spintronica in grafeen. Ik heb daar zelf een stukje onderzoek gedaan om wel spintransport te ontkoppelen van ladingstransport in grafeen. Nu hopen dat iemand dat stukje kan overnemen om het af te ronden.

[Wampa1]

Hier ben ik altijd al benieuwd naar geweest: hoe kun je werken op zo'n microscopische schaal (en ja, ik ben me ervan bewust met inderdaad een microscoop..) maar hoe beweeg je componenten op zo'n schaal?

[Blokmeister]

Wij gebruiken lithografie. Het is eigenlijk een enorm simpele methode. We beginnen met een stukje materiaal dat we het 'substraat' noemen. Het kan een stukje glas zijn, of een stukje plastic, maar wij gebruiken meestal hoogkristallijn silicium. We spinnen er dan een polymeeroplossing overheen, dus we beschermen het substraat met een stukje plastic van zo ongeveer 300nanometer (0.0000003 meter) dik. Daarna tekenen we erin met een electronenstraal. In de industrie wordt licht gebruikt, omdat dat sneller is voor één enkel patroon, maar de opstartkosten zijn vrij groot, omdat er speciale maskers gemaakt moeten worden voor elk specifiek patroon. Als wij electronen op ons substraat schieten, botsen die electronen met het plastic, wat het eigenlijk stuk maakt. We tekenen dus een bepaald patroon (zoals één laag van een transistor) in stuk plastic. Als we daarna een slecht oplosmiddel gebruiken, lost alleen het kapotte plastic op, maar het onbeschadigde plastic niet. We hebben nu dus een substraat waarbij we dus plekken hebben met naakt substraat, en plekken die beschermd zijn met plastic. Het naakte substraat is ons patroon (We kunnen het ook andersom doen met een ander soort plastic, waarbij de electronenbekogeling juist het plastic sterker maakt zodat het moeilijker oplost). Daarna verhitten we goud in een vacuumkamer zodat het verdampt. Daar houden we ons substraat boven. Het goud condenseert dus op ons plastic, maar op sommige plekken ook op ons naakte substraat. Daarna stoppen we het geheel in een sterk oplosmiddel. Nu lost ook de rest van het plastic op, waarbij het goud wegdrijft. Wat overblijft is een patroon in goud op ons substraat. Een heel makkelijk concept dus eigenlijk. Als je in de buurt van Leiden woont, ben je welkom om eens een kijkje te komen nemen op de universiteit bij ons. Als je vlakbij Utrecht of Groningen woont, heb ik ook wel wat contacten.

[Wampa1]

Gewelding Blokmeister, bedankt hiervoor! .

Helaas woon ik niet dichtbij Leiden, wel iets dichter bij Utrecht.

[Blokmeister]

DM mij als je daar een keertje wil gaan kijken. Ik breng je wel in contact met de juiste mensen. Dat geldt trouwens ook voor andere geinteresseerde Tweakers

[Neus]

En ik blijf steeds grafsteen lezen...

[LankHoar]

Ik had dat ook

OT: van 0,2 nanoseconden naar 2, dat is 10x zoveel. Behoorlijke ontdekking dit!

[Robbaman]

Volgens mij gaat dat over iets anders. Vind het een beetje een onduidelijk artikel. Eerst gaat het over de trommeltjes van grafeen door TU Delft, en halverwege springt het verhaal ineens om naar een totaal andere ontdekking van een compleet andere universiteit (Rijksuniversiteit Groningen) die toevallig over hetzelfde onderwerp gaat.

[AnthonyN7N]

HAHA had precies hetzelfde

[ikke ni]

[Caedus]

Interessante ontwikkelingen op hardwaregebied, maar hoe zit het eigenlijk met de softwareontwikkeling voor kwantumcomputers? Ben absoluut geen expert, maar het lijkt me dat traditionele programmeertalen hopeloos achterhaald zijn als we niet meer met 0 en 1 hoeven werken. Weet iemand hoe de vorderingen daarin staan?

[JeftaDotEU]

Ik heb er niet veel verstand van, maar ik dacht dat IBM laatst zo'n online playground had gemaakt om programmeurs vast te laten experimenteren?

[.oisyn]

Zoals boven ook al aangehaald, een kwantumcomputer gaat de conventionele computer niet vervangen, hooguit aanvullen. Kwantumalgoritmen zijn behoorlijk complex en wiskundig, daar zullen de meeste programmeurs zich dan ook niet aan wagen.

[Polshoogte]

Ze zijn goed bezig daar in Delft, we horen de laatste tijd veel ontdekkingen die de quantumcomputer een stukje dichterbij brengen. Ik heb alleen geen idee hoeveel puzzelstukjes nog nodig zijn om het geheel werkend te krijgen én de conventionele rekenmethoden te overtreffen. Iemand?

[Aial0n]

Conventionele rekenmethoden overtreffen gaat niet gebeuren, simpelweg omdat quantumcomputing en conventionele computing totaal verschillende dingen zijn.

Een quantumcomputer zal de som "3x5" net zo snel uitrekenen als een conventionele computer. De kracht van quantumcomputing zit in de vraag "ontbindt 15 in priemfactoren" (=3x5 of 5x3). Een conventionele computer zal meerdere mogelijkheden moeten testen en zo een antwoord vinden. Een quantumcomputer zal na 1x berekenen het goede antwoord hebben.

[fevenhuis]

Ik denk eerder dat je moet denken dat quantum computing in eerste instantie een aanvulling wordt op conventionele comuters en dan speciaal voor zeer complexe simulaties en berekeningen.

Quantum computers worden nu, voorzover ik weet, nog aangestuurd met conventionele computers, wat waarschijnlijk de reden is waarom quantum computers niet sneller zijn.

[_Pussycat_]

Quantumcomputers heeben geen problemen met een aansturing door conventionele computers. Het probleem is op moment dat het niet lukt om quantumcomputers met genoeg rekenelementen te maken. De opgave 'ontbind het getal 63584354351354654 in priemfactoren' is snel te leveren, maar je zou een quantumcomputer met een paar duizend rekenelementen nodig hebben om de som op te kunnen lossen.
Het getal 6 in priemfactoren ontbinden is al eens geluk met een quantumcomputer, en dat ging in één rekenstap.

[ocram1]

Uw bericht eens nalezen alvorens op "Plaats reactie" te drukken, dat maakt het ons gemakkelijker... het zijn de kleine dingetjes...

[robvanwijk]

De eerste twee alinea's gaan over de TUD, die (als ik het artikel mag geloven) nog niet eens een proof-of-concept hebben..., alleen maar een wild idee: "het is nog niet bewezen dat dit nooit kan gaan werken".

De laatste twee alinea's gaan over de RuG en FOM, die wel echte vooruitgang hebben geboekt. Misschien nog geen "dit wordt zeker een Nobel-prijs", maar toch, een wezenlijke verbetering van de stand der techniek.

Waarom is dat idee van de TUD überhaupt nieuwswaardig? En nog belangrijker, waarom krijgen ze de eerste helft van het artikel (en de kop), als de RuG en FOM een veel interessantere prestatie hebben geleverd?