Betrouwbare en uiterst snelle quantumberekeningen met transistoren van germanium

Nieuws - 14 januari 2020 - Webredactie Communication

Transistoren op basis van germanium kunnen berekeningen uitvoeren voor de toekomstige quantumcomputer. Met deze ontdekking van het team van Menno Veldhorst staat de transistor, die sinds zijn uitvinding in de jaren 40 ons dagelijks leven drastisch heeft veranderd, wellicht ook aan de basis van de quantumrevolutie. De onderzoekers van QuTech, een samenwerking tussen TU Delft en TNO, publiceerden deze resultaten in Nature

Met de ontwikkeling van de quantumcomputer, die potentieel ongekende mogelijkheden heeft, lijkt het de laatste tijd erg hard te gaan. De bouwstenen voor zo’n computer zijn zogenoemde quantumbits. De afgelopen twee decennia hebben onderzoekers over de hele wereld verschillende bestaande en nieuwe systemen onderzocht om te fungeren als quantumbits. Zo ook de transistoren; deze schakels zijn met miljarden tegelijk aanwezig op de chips van onze computers, telefoons en televisies. 

Germanium
‘We werken al langer met transistoren als de bouwstenen voor een quantum computer’, vertelt Nico Hendrickx, eerste auteur en promovendus bij QuTech. ‘Tot nu toe was het echter niet mogelijk om quantumberekeningen uit te voeren met alleen transistoren. Er waren ook nog andere elementen nodig, en dit vormde een beperking voor de opschaling. Wij laten nu zien dat een enkele transistor wél als quantumbit kan functioneren, door gebruik te maken van germanium.’

Het team in het lab (van boven naar beneden, van links naar rechts): Menno Veldhorst, Amir Sammak, Giordano Scappucci, Nico Hendrickx en David Franke.

1947
‘De allereerste transistor uit 1947 was van germanium. De hele halfgeleiderrevolutie, en dus onze mobiele telefoons en alle andere elektronica, zouden in theorie dus gebaseerd kunnen zijn op germanium, in plaats van op silicium’, zegt hoofdonderzoeker Menno Veldhorst. ‘Het was ook in 1947 immers al bekend dat germanium eigenlijk betere eigenschappen heeft als halfgeleider dan silicium. Er bleken echter moeilijkheden in de fabricage en daardoor kon silicium hét materiaal worden van de halfgeleiderindustrie.’

Platform
‘Dat germanium een excellent materiaal zou kunnen zijn om quantumbits te maken wisten we ook al langer, maar problemen in de fabricage stonden ook hier in de weg’, vertelt Hendrickx. ‘Deze problemen hebben we nu opgelost en daarna is het heel snel gegaan. In het artikel in Nature tonen we aan dat we betrouwbare en uiterst snelle quantumberekeningen kunnen uitvoeren met germanium.’

‘Germanium is hiermee in ruim één jaar tijd ontwikkeld van een materiaal waarmee stabiel gebouwd kan worden, naar een platform waarop quantumberekeningen uitgevoerd worden’, zegt Veldhorst. ‘Deze ontwikkeling is ongekend snel en dat is uiterst belovend op de weg naar een functionele quantumcomputer.’

Illustratie van 2 quantum bits op basis van een germaniumtransistor voor een quantumcomputer.

Leidende partij
Inmiddels zijn overal ter wereld onderzoeksgroepen bezig met de ontwikkeling van germanium als materiaal voor quantumbits. ‘QuTech is de leidende partij op dit vlak. Wij zijn snel geweest met de ontwikkeling van germanium quantumtechnologie en we zijn optimistisch over de mogelijkheden voor verdere opschaling. Daarnaast kijken we al hoe we kunnen samenwerken met partners uit de industrie, waarbij het grote voordeel is dat onze methodes goed aansluiten bij de bestaande technologie die ons huidig informatietijdperk heeft mogelijk gemaakt’, besluit Veldhorst.

Publicatie
Fast two-qubit logic with holes in germanium
N.W. Hendrickx, D.P. Franke, A. Sammak, G. Scappucci, M. Veldhorst
Nature, online beschikbaar op 13 januari 2020
DOI 10.1038/s41586-019-1919-3
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1919-3

Beeld
De foto is gratis te gebruiken, o.v.v. Ernst de Groot voor QuTech.
De weergave van de transistor is gratis te gebruiken, o.v.v. QuTech.

 

 

Menno Veldhorst, teamleider bij QuTech en leider roadmap QuTech Academy