Wetenschappers van de Technische Universiteit Delft zijn erin geslaagd om de spintoestand van een enkel elektron volledig te beschermen tegen omgevingsinvloeden. Elektronenspins in de vaste stof zijn veelbelovende bouwstenen voor kwantumtechnologieën zoals een kwantumcomputer, maar de wisselwerking van de spins met de omgeving bleek tot nu toe een groot struikelblok. Door de spinrichting van het elektron met hele korte pulsen steeds om te klappen, zijn de onderzoekers erin geslaagd deze wisselwerking ongedaan te maken. Hierdoor gedraagt de spin zich alsof hij is losgekoppeld van zijn omgeving. Ze bewijzen verder dat deze techniek werkt voor elke mogelijke spintoestand en daarmee toepasbaar is in een toekomstige kwantumcomputer. De resultaten zijn gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science.
Kwantumdeeltjes zoals een atoom of een elektron kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Zo kan bijvoorbeeld het magnetisch momentje van een elektron, de zogenaamde 'spin', tegelijk twee verschillende richtingen hebben. Als de spinrichting wordt gebruikt in een computer, kan het dus tegelijk 0 én 1 zijn, en niet alleen 0 óf 1 zoals bij een gewone computerschakeling. Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk. Het bouwen van een dergelijke kwantumcomputer wordt sterk gehinderd doordat de omgeving - ook bestaande uit kwantumdeeltjes - de toestand van de spin verstoort.
Het Delftse team werkt met elektronen in diamant, een favoriet materiaal voor kwantumwetenschappers. Het unieke aan diamant is dat de kwantumeigenschappen ook op kamertemperatuur zichtbaar zijn. Dit is een groot voordeel voor toekomstige toepassingen. De onderzoekers waren er eerder al in geslaagd om de spin van een enkel elektron te meten en om de omgevingsinvloeden in kaart te brengen. Door gebruik te maken van hoogfrequente pulsen van slechts een paar nanoseconden is het Delftse team er nu in geslaagd om de spin van een enkel elektron te controleren met een wereldrecord-nauwkeurigheid. Hiermee konden de onderzoekers voor het eerst de spin beschermen tegen de omgeving, een baanbrekend resultaat.
De onderzoekers draaiden de spin met vaste tussenpozen heel precies om, zodat het effect van de omgeving werd uitgemiddeld en het leek alsof de spin volledig geïsoleerd was. Hoe vaker ze de spin omklapten, hoe langer de kwantumtoestand behouden bleef. Voor 130 beschermende pulsen was dat al meer dan 25 maal langer dan voorheen was gemeten. Ze toonden tenslotte aan dat de bescherming werkt voor elke mogelijke kwantumtoestand. Deze resultaten zijn een grote doorbraak voor de kwantumwetenschappen, waar de omgevingsinvloeden tot dusver het grootste struikelblok zijn geweest voor nieuwe fundamentele experimenten en voor toepassingen in kwantumtechnologieën.
Abonneren op:
Reacties posten (Atom)
Geen opmerkingen:
Een reactie posten