Afgelopen week was, gemeten naar het aantal bezoekers, een van de beste in de geschiedenis van Innovation Origins. Meer dan 25.000 keer werd een artikel op onze website gelezen. Nog even en we tikken de 100.000 pageviews aan! Omdat we een internationaal platform zijn, is het altijd leuk om te kijken waar onze lezers vandaan komen. Uit Google Analytics valt af te leiden dat vooral Amerikanen en Canadezen zeer geïnteresseerd zijn in de uitvinding van een quantuminterface door professor Fink uit Oostenrijk, omdat de Engelse vertaling van het artikel vooral in de landen zeer goed werd gelezen.
Als het aantal clicks ook maatgevend zou zijn voor ontwikkelingen in innovatie, dan zouden we in de nabije toekomst twee ontwikkelingen nog beter moeten volgen: Quantumcomputers en kunstmatige intelligentie. De TU/Eindhoven, door velen beschouwd als de meest innovatieve stad van ons land, financiert een nieuw instituut over dit onderwerp met 100 miljoen euro. Het nieuws hierover was ons tweede best gelezen artikel van vorige week.
Maar ere wie ere toekomt: de quantumcomputer. Innovation Origins gaat opnieuw in op de mooie toekomst van de computer die een internet met onbegrensde mogelijkheden belooft. We vroegen professor Johannes Fink, die het project leidt aan het Institute of Technology (IST) Oostenrijk, om meer details.
De onderzoekers rond professor Fink werken al enkele jaren aan een oplossing die het mogelijk maakt om gegevens van de ene quantumcomputer naar de andere over te dragen. Het onderzoeksprobleem ligt in de elektronica van de quantumcomputer, die alleen bij extreem lage temperaturen werkt. Tijdens de overdracht zou de informatie een omgeving met hoge temperaturen moeten doorkruisen waarin ze niet kan bestaan.
Het Weense team is er nu in geslaagd een apparaat te ontwikkelen dat verstrengelde microgolven en optische velden genereert als basis voor quantumteleportatie. De onderzoekers gebruikten verstrengeling, een van de basisprincipes van de quantummechanica, en waren de eersten die verstrengelde straling met een mechanisch object genereerden. Ze losten meteen een ander onderzoeksprobleem op: de siliciumstraal die ze produceerden was dertig micrometer lang en had een totaal aantal van ongeveer een triljoen (10^12) atomen. Dit is enorm voor de quantumwereld. Quantumeffecten zijn het gemakkelijkst te exploiteren op atomair niveau. Het is veel moeilijker om ze op grotere schaal te realiseren.
In het volgende interview geeft het hoofd van de projectgroep Integrated Quantum Systems van het Instituut voor Technologie (IST) Oostenrijk nadere details over het onderzoeksproject:
Foto hierboven: Twee dunne-film aluminium spiraalresonatoren zijn opgehangen aan een 220 nm dik siliciummembraan en in het midden capacitief gekoppeld aan een micromachinaal bewerkte mechanische nano-oscillator. Door middel van twee pompvelden met ontstemmingsschakelaars geeft deze microchip een continue stroom van verstrengelde microgolffotonen af aan de twee klemmen van het apparaat.
Hoe lang hebben jullie dit probleem onderzocht?
Fink: “We hebben ongeveer een jaar aan dit specifieke experiment gewerkt. Maar de resultaten zijn gebaseerd op resultaten zoals het specifieke ontwerp en de productietechnologie van de elektromechanische microchips die ik drie tot vijf jaar geleden bij Caltech in Pasadena (CA) hielp ontwikkelen”.
Wat deed je anders dan andere onderzoekers voorheen?
“We zijn erin geslaagd om de extreem kleine afbuigingen van de siliciumstraal relatief sterk te koppelen aan het microgolfveld. We zijn erin geslaagd om dit te doen door sommige circuitelementen extreem geminiaturiseerd te maken.”
Wat was het grootste probleem dat je moest overwinnen?
“Naast de productie van de microchip was het een uitdaging om de meting zeer nauwkeurig te kalibreren en alle artefacten [onbedoelde statistische afwijkingen – red] in de meetopstelling uit te sluiten.”
En wat was de oplossing?
“Bij de productie combineerden we ideeën uit de silicium fotonica, MEMS (micro-elektromechanische systemen) en de wereld van supergeleidende circuits. Om dit te doen, hebben we een droog waterstoffluoride proces geïmplementeerd om de siliciumstraal vrij te maken en vrij beweegbaar te maken.
Voor de kalibratie hebben we mechanische schakelaars geïmplementeerd die nog steeds bruikbaar zijn op 0,01 graden Kelvin zonder het experiment op te warmen. Deze gebruikten we vervolgens om heen en weer te schakelen tussen een temperatuurgecontroleerde geluidsbron en onze component.
Wat onderscheidt het prototype nu van een toepassing als interface voor quantumcomputers?
“Om dit te doen, moeten we de siliciumstraal koppelen aan een optisch veld en optiek combineren met microgolven. De optische signalen kunnen dan ook worden gebruikt als informatiedragers voor langere afstanden bij kamertemperatuur tussen koude quantumcomputers.”.
Wat gaat er nu gebeuren? Zal het project verder ontwikkeld worden naar een interface voor quantumcomputers?
“We werken nu ongeveer drie jaar aan dit doel en kunnen nu al microgolven omzetten in optische telecommunicatiesignalen met een zeer vergelijkbare mechanische oscillator. In vergelijking met commerciële modulatoren werkt dit al met een zeer hoog rendement en in beide richtingen – wat zeer belangrijk is voor onze toepassing in de quantummechanica. Deze component heeft echter een zeer kleine bandbreedte – er is slechts langzame communicatie mogelijk – en voegt veel ruis toe aan het signaal tijdens de conversie. In elkaar verweven optische microgolfvelden zijn daarom nog niet mogelijk. Maar we werken ern aan om dat te veranderen.”
Over Johannes Fink
De wetenschapper schreef zijn masterscriptie over quantumtheorie al in 2007 aan het natuurkunde-instituut van de Universiteit van Wenen en heeft dit onderzoek sindsdien consequent voortgezet. Hij promoveerde aan de ETH Zürich op de afdeling Natuurkunde, waar hij ook een postdoc (2006-2012) voltooide. Dit werd gevolgd door een onderzoeksverblijf aan het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, CA (2012-2017). Sinds 2016 voert Fink onderzoek uit aan het Institute of Technology (IST) Oostenrijk, nabij Wenen, waar hij aan het hoofd staat van de groep Integrated Quantum Systems.
Ook interessant:
Quantummechanica voor kroegtijgers
