Majoranadeeltjes zijn een veelbelovende kandidaat voor stabiele quantumbits, de bouwstenen van quantumcomputers.
Onderzoekers en ingenieurs van QuTech en de TU Eindhoven hebben Majorana-deeltjes gemaakt en hun eigenschappen met grote nauwkeurigheid gemeten. Deze Majorana’s zijn zogenaamde ’sobere Majorana’s’, gebaseerd op twee quantumdots in een nanodraad, die zouden kunnen worden opgeschaald tot een grotere keten van quantumdots met bestendiger Majorana-gedrag. Majoranadeeltjes zijn één van meerdere veelbelovende kandidaten voor stabiele quantumbits, de bouwstenen van quantumcomputers. De onderzoekers, onder wie Ghada Badawi, Sasa Gazibegovic en Erik Bakkers van de TU/e, publiceerden hun resultaten vandaag in het tijdschrift Nature.
Quantumcomputers zijn een revolutionaire technologie, die het potentieel hebben om bepaalde problemen veel sneller op te lossen dan klassieke computers. Dat komt omdat zij gebruik maken van quantumbits, of qubits, die tegelijkertijd een 0 en een 1 kunnen vertegenwoordigen. Hierdoor kunnen quantumcomputers meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren. De toepassing van quantumcomputers en qubits biedt aanzienlijke mogelijkheden op verschillende gebieden, waaronder de ontwikkeling van medicijnen, financiële modellering en cryptografie.
Het Majorana-deeltje
"Majoranadeeltjes kunnen tot een type qubit worden gemaakt en hebben vanwege hun unieke eigenschappen de aandacht getrokken," legt Tom Dvir uit, eerste auteur van de Nature-publicatie en postdoctoraal onderzoeker bij QuTech - het onderzoeksinstituut voor quantumtechnologie van de TU Delft en TNO. Hij vervolgt: "In tegenstelling tot conventionele qubits, die gebaseerd zijn op de eigenschappen van individuele deeltjes zoals elektronen, zijn qubits gebaseerd op Majorana-deeltjes weerbaarder tegen bepaalde soorten quantumfouten. Die vertegenwoordigen namelijk een enorme uitdaging de ontwikkeling van schaalbare quantumcomputers."Zijn collega en mede-eerste auteur Guanzhong Wang voegt daaraan toe: "De wenselijke eigenschappen van de Majorana-deeltjes, en hun exotische aard die het mogelijk maakt om nieuwe wetenschappelijke verschijnselen waar te nemen, motiveerden een grote onderzoeksinspanning, aanvankelijk door de academische wereld en later ook door de industrie. Het onderzoek tot nu toe was voornamelijk gebaseerd op materiaalsynthese, met als doel de juiste materiaaleigenschappen te ontwikkelen, zodat de apparaten die ermee gemaakt zijn direct te gebruiken zijn bij lage temperaturen."
De nieuwe aanpak verlegt de aandacht naar elektrische controle. Dat betekent dat de onderzoekers bij lage temperaturen de opstelling kunnen bestuderen en afstellen, om zo de juiste omstandigheden te scheppen waarin Majorana’s verschijnen.
Ketting van quantumdots om halve elektronen te scheiden
Wang: "In tegenstelling tot gewone qubits verschijnen Majorana’s altijd in paren en vormt ieder paar een gedelokaliseerd elektron. Dat betekent dat één deel van het Majorana-deeltje zich aan de ene kant van een nanodraad kan bevinden en het andere deel aan de andere kant. Om het Majorana-deeltje te kunnen manipuleren, moeten we beide uiteinden tegelijkertijd beïnvloeden. Dat maakt ze aantrekkelijk voor quantumberekeningen, want als één deel wordt getroffen door ruis, blijft de andere helft ongedeerd."De onderzoekers beginnen met het produceren van twee quantumdots dicht bij elkaar, gescheiden door een korte halfgeleider/supergeleider nanodraad. De quantumdots worden op twee manieren elektrisch met elkaar verbonden. De eerste is door elektronen die tussen beide dots heen en weer pendelen. De tweede is door elektronenparen die gelijktijdig de halfgeleider/supergeleider nanodraad betreden en verlaten. De onderzoekers hebben een nieuwe methode laten zien om beide processen, de sleutel tot de vorming van de Majorana-deeltjes, zeer nauwkeurig te beheersen.
Toekomstige activiteiten
"Momenteel werken we met een vereenvoudigde versie van Majoranas," legt Dvir uit, "met slechts twee quantumdots. Ons uiteindelijke doel is om meer veel dots te gebruiken, al misschien maar vijf, zodat de elektronenhelften verder uit elkaar kunnen worden gedreven. Hoe verder de Majorana-deeltjes gescheiden zijn, hoe beter de resulterende qubits beschermd zijn tegen ruis."-De moeilijkheid om meer dots aan het systeem toe te voegen zal naar verwachting niet exponentieel, maar lineair toenemen. Dat is omdat we elk punt afzonderlijk kunnen afstellen, waardoor we veel gemakkelijker de ideale configuratie kunnen vinden.-
Hoofdonderzoeker Leo Kouwenhoven: " Als we naar de toekomst kijken, zijn er twee belangrijke doelstellingen. De eerste is het maken van een volledige topologische Majorana op basis van de sobere Majorana’s in dit werk. Het tweede doel is om van deze Majorana’s qubits te maken. Dat vergt meerdere exemplaren van het systeem en verdere verfijning."
Warme interesse van Koningin Máxima bij fotonica-bezoek aan EHCI (beeldverslag) Koningin Máxima bezocht donderdag het Eindhoven Hendrik Casimir Institute (EHCI), het centrum van ons fotonica-onderzoek. Studenten en wetenschappers konden...
Lees meer Majoranadeeltjes zijn een veelbelovende kandidaat voor stabiele quantumbits, de bouwstenen van quantumcomputers.
Lees meer
Het allerbeste voor 2023!
Lees hier de nieuwjaarsboodschap van het College van Bestuur.
Lees meer
Springende supporters in het PSV-stadion
Hoe voorkom je dat tribunes instorten? Een interview met bouwexpert Simon Wijte.
Lees meer Focus op Energy en Health binnen Universiteitsfonds Eindhoven Donaties van alumni maken via het UFe echt innovatief onderzoek mogelijk via nieuwe themafondsen.
Lees meer
Xeltis haalt €32 miljoen op voor ontwikkeling van -natuurlijke- implantaten
Met deze nieuwe grote investeringsronde kan de Eindhovense medtech startup de ontwikkeling van hun bijzondere harten vaatprothesen naar een hoger niveau...
Lees meer
mailbox
Nieuwsbrief Onderzoek
Schrijf je in voor onze maandelijkse nieuwsbrief met de nieuwste ontdekkingen van onze TU/e-onderzoekers.Podcasts
TU/e podcasts
In de Nederlandstalige podcast Sound of Science bespreekt de Vlaamse cabaretier en wetenschapsfanaat Lieven Scheire de laatste wetenschappelijke ontdekkingen en de rol van technologie in de samenleving.Social media Wees deel van onze community en blijf op de hoogte van wat er aan de TU/e gebeurt via ons LinkedIn-kanaal.
Social media Volg het laatste nieuws altijd via ons Twitterkanaal.
Socials
Instagram - research
Volg ons laatste onderzoeksnieuws op Instagram.Op ons YouTube-kanaal vind je de nieuwste video’s en animaties over onderzoek, onderwijs en werken bij TU/e.