18 december 2005
Onderzoekers van de University of Michigan (UoM) zijn er in geslaagd de eerste quantumcomputerchip te maken die fabriekmatig in grote hoeveelheden zou kunnen worden geproduceerd. De realisatie van de quantumcomputer is hierdoor weer een stapje dichterbij gekomen. Door de speciale eigenschappen van de quantum mechanica is een quantumcomputer in staat bepaalde problemen, zoals het kraken van codes, veel sneller op te lossen dan met een conventionele computer ooit mogelijk zou zijn. De quantum mechanica is een fundamentele natuurkundige theorie die de mechanica op basis van Newton en het klassieke electromagnetisme op atoom en sub-atoomniveau vervangt en dat het onderliggende raamwerk is voor vele terreinen binnen de natuurkunde en de scheikunde. Vaak geeft de qunatum mechanica antwoorden daar waar de algemene relativiteitstoets faalt. Voor meer over de quantum mechanica klik hier.
Het meeste onderzoek naar het gebruik van quantum mechanica in computers richt zich op het gebruik van losse atomen om er ‘quantumbits’, ook ‘qubits’ genoemd, in op te slaan. Ieder qubit kan een 0 of een 1 bevatten, maar ook een 0 en een 1 tegelijk. Om qubits te maken is het nodig elektrisch geladen atomen, zogenaamde ionen, geheel te isoleren van de buitenwereld in ‘ionenvallen’. Hoe een computer met qubits moet worden geprogrammeerd is al bekend; het probleem is het maken van genoeg ‘ionenvallen’. Voor een bruikbare computer zijn er honderdduizenden of zelfs miljoenen nodig, terwijl de onderzoekers nog niet verder zijn gekomen dan een paar stuks die met veel moeite met de hand gemaakt werden. Ook het prototype van de UoM is het resultaat van langdurig handwerk en bevat slechts n ‘ionenval’, waarmee een ion met electronische signalen kon worden gecontroleerd. Aldus Christopher Monroe, hoogleraar fysica op de UoM en de leider van het onderzoek. Hij is tevens co-auteur van de paper die in Nature van december verscheen. Quantum computers zijn zeer veel belovend omdat zij bepaalde problemen veel sneller kunnen oplossen dan de conventionele computers. Zo kunnen quantum computers meervoudige inputs tegelijkertijd op dezelfde plaats verwerken. Het nieuwe is dat deze chip is gemaakt met dezelfde technologie als conventionele chips. Hierdoor wordt het in principe mogelijk honderden of duizenden ‘ionenvallen’ op een chip aan te brengen, en zouden de quantumchips goedkoop in grote hoeveelheden geproduceerd kunnen worden. ‘The semiconductor chip we demonstrated holds an individual atom in free space inside the chip—we levitate the atom in the chip by applying certain electrical signals to the tiny nearby electrodes’, zo zei Monroe. ‘We directly view this single atom with specially-tuned lasers and a sensitive camera. This type of ion trap has never been demonstrated at such a small level and in an integrated chip structure’. En hij vervolgt: ‘There is a worldwide race to build these (chips) right now, as such an integrated chip structure shows a way to scale the quantum computer to bigger systems—just like the microfabrication of conventional chips have given us the impressive gains in conventional computing speed and power’. De volgende stap is om een grotere chip te bouwen met veel meer electroden, zodat meerdere ionen kunnen worden opgeslagen. ‘There is still a great deal of work to be done in order to learn how to control lots of ions in one of these chips. It won’t be nearly as easy as it was with conventional computer chips, but at least we know what to do in principle’. Het gaat met de chip dus enkel nog om een prototype. Voordat quantumchips daadwerkelijk in massa kunnen worden geproduceerd zal nog veel onderzoek nodig zijn. Een werkende quantumcomputer zal dan ook nog vele jaren op zich laten wachten.
