nieuws

Betrouwbare en uiterst snelle quantumberekeningen met transistoren van germanium

15 jan 2020

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 vandaag in Nature.

Quantumcomputer

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

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

‘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.’

Amir Samman van TNO: ‘Het aanleveren van het germanium materiaal met de juiste specificaties om het te gebruiken voor quantum toepassingen is een uitdaging op zich. Bij TNO ontwikkelden we een techniek om een specifieke structuur te maken die kan dienen als een proeftuin voor verschillende quantum technologien. In dit geval werd ons materiaal gebruikt als een platform voor de productie van snelle germanium transistoren.’

1947

De allereerste transistor uit 1947 was van germanium. Het was ook in 1947 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. De onderzoekers wisten dat germanium een excellent materiaal zou kunnen zijn om quantumbits te maken maar fabricageproblemen stonden dat in de weg. Nu deze problemen zijn opgelost tonen de onderzoekers in het Nature artikel aan dat ze betrouwbare en uiterst snelle quantumberekeningen kunnen uitvoeren met germanium.

Platform

‘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.’