In de halfgeleiderindustrie gold germanium als het kleine, lelijke zusje van silicium. Nu keert het materiaal terug als veelbelovend basismateriaal voor universele qubits.
Het QuTech onderzoeksteam. Menno Veldhorst, Amir Sammak, Giordano Scappucci. Onder: Nico Hendrickx, David Franke. (Photo: Ernst de Groot)
Silicium is de wereldstandaard geworden voor computerchips. “Silicium werd het favoriete materiaal voor halfgeleiders, vooral omdat het oxide van hogere kwaliteit was”, vertelt onderzoeksleider dr.ir. Menno Veldhorst.
De belangstelling van onderzoekers voor germanium ontstond toen germanium qubits, anders dan die in silicium, geen extra microscopische structuren op de halfgeleider nodig leken te hebben. Puur germanium zou volstaan. Dat is goed nieuws voor de van massaproductie van qubits. “Dat maakt het makkelijk om de productie op te schalen”, zegt dr.ir. Hendrickx, onderzoeker bij Qutech en de eerste auteur van het Nature artikel over de ontwikkeling van een dubbel quantumbit (of: qubit) in germanium.
Bewerkte EM photo van dubbel qubit in germanium qubit. (Foto: QuTech)Onderzoekers bij QuTech, een samenwerking tussen TNO en TU Delft, wisten qubits in germanium te maken die gebruikt zijn in experimenten. Ze losten het probleem van de slechte germaniumoxide op door de germaniumplak te sandwichen tussen twee lagen silicium-germanium.
Qubit interactie (Illustratie: QuTech)In silicium is een elektronspin (op, neer, of beide) het eigenlijke quantumbit. In germanium is dat een ‘gat’, ofwel het gebrek aan een elektron. “Conceptueel is dat misschien moeilijker voor te stellen, maar de spin van het gat is net zo reëel als dat van een elektron”, aldus Hendrickx.
De auteurs hebben interacties laten zien van enkele en dubbele qubits. Met deze samen kunnen alle mogelijke berekeningen mee worden uitgevoerd – dat verklaart het belang van dubbele qubits.
De experimenten lieten voor een enkele qubit een betrouwbaarheid van meer dan 99% zien – voor insiders de ondergrens voor het toepassen van foutcorrectie.
Die eigenschappen, plus de overbodigheid van extra microscopische structuren, maakt germanium tot een veelbelovend materiaal voor massaproductie van qubits. Of, zoals de auteurs schrijven: ‘De demonstratie van een universele schakeling, met volledige elektronische aansturing en zonder de noodzaak van microscopische structuren, biedt goede vooruitzichten voor opschaling van spin qubits gebaseerd op gaten in germanium.’
Nadat de publicatie was verschenen, ontving Hendrickx reacties van andere onderzoekers. Hij schat dat een tiental laboratoria wereldwijd nu ook met germanium qubits werkt.
- N. W. Hendrickx, D.P. Franke, A. Sammak, G. Scappucci and M. Veldhorst, Fast two-qubit logic with holes in germanium, Nature, 13 January 2020.
Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?
j.w.wassink@tudelft.nl
Comments are closed.