Quantumcomputers zijn de gedroomde computers van de toekomst. Waar de huidige computers bits gebruiken die 0 óf 1 kunnen zijn, rekenen quantumcomputers met zogeheten qubits, die 0 én 1 tegelijk kunnen zijn. Dat geeft een ongekende hoeveelheid extra rekenkracht, waardoor quantumcomputers tot veel meer in staat zouden zijn dan de huidige computers.

Quantumcomputers zouden met elkaar kunnen communiceren, en zo een ‘quantum-internet’ vormen, via de uitwisseling van losse fotonen. Maar dit luistert heel nauw. De vorm van het lichtpakketje - hoe diens energie is uitgespreid over de tijd- is bepalend voor een succesvolle informatieoverdracht. Deze vorm dient symmetrisch te zijn, terwijl van nature een foton dat door atomen wordt uitgezonden een asymmetrische vorm heeft. Kortom, externe controle op dit proces is vereist. 

De onderzoekers slaagden erin deze controle te krijgen door een quantum dot, een stukje halfgeleidermateriaal dat fotonen kan uitzenden, in te bouwen in een zogeheten fotonisch kristal. Hierdoor ontstaat wat fysici een ‘optische trilholte’ noemen. Vervolgens legden ze een zeer korte elektrische puls aan in de trilholte, die bepaalt hoe de quantum dot wisselwerkt met de trilholte en hoe het foton wordt uitgezonden. Door de sterkte hiervan slim te variëren konden ze de vorm van de fotonen controleren, zodanig dat de energie de gewenste symmetrische vorm heeft.

Nieuw is dat ze de eerste zijn die dit kunstje, dankzij het gebruik van zeer korte elektrische pulsen, klaarspelen binnen een nanoseconde, een miljardste seconde. Dat is cruciaal voor de toepassing in quantumcommunicatie, volgens onderzoeksleider Andrea Fiore van PSN. “De energie van een foton strekt zich slechts over één nanoseconde uit, dus als je iets wilt aanpassen, moet je dat binnen die tijd doen. Dat kun je verglijken met dat de sluitertijd van een camera zeer kort moet zijn om iets heel snels te kunnen fotograferen. Met de snelheid waarmee wij de verzending van een foton controleren, kun je in principe een zeer efficiënte uitwisseling van fotonen realiseren. En dat is belangrijk is voor het toekomstige quantum-internet.”

Bron: Persteam TU/e