Volgens nieuw onderzoek kun je, als je vier verschillende methoden gebruikt om gegevens op een enkel atoom op te slaan, meer kwantumverwerkingskracht in een bepaalde ruimte proppen. Deze aanpak zou krachtigere, gemakkelijker te controleren kwantumcomputers kunnen ontsluiten.

Traditionele computers kunnen informatie verwerken en opslaan in de vorm van 0 of 1, terwijl kwantumcomputers informatie kunnen verwerken en opslaan in de vorm van 0 of 1, en tegelijkertijd de superpositie van de twee kunnen verwerken en opslaan. Naarmate het aantal quantumbits (qubits) toeneemt, zal de verwerkingskracht van quantumcomputers exponentieel toenemen, waardoor ze problemen kunnen oplossen die te complex zijn voor gewone computers.

Het probleem is dat het manipuleren van deze qubits lastig kan zijn, vooral omdat kwantumcomputers steeds meer qubits gaan gebruiken. Maar nu hebben wetenschappers van de Universiteit van New South Wales (UNSW) in Sydney laten zien hoe je gegevens op vier verschillende manieren in qubits (in dit geval individuele atomen) kunt schrijven, afhankelijk van wat er elke keer nodig is.

Het atoom is een element dat antimoon wordt genoemd en dat in een siliciumchip kan worden geïmplanteerd, waarbij een van de siliciumatomen daarin wordt vervangen. Er is voor dit zware atoom gekozen omdat de kern ervan al acht onafhankelijke kwantumtoestanden bevat die kunnen worden gebruikt om kwantumgegevens te coderen. Bovendien heeft zijn elektron zelf twee kwantumtoestanden, waardoor het totale aantal kwantumtoestanden in het antimoonatoom wordt verdubbeld tot 16 (elk van de oorspronkelijke acht kwantumtoestanden is op zijn beurt gepaard met twee kwantumtoestanden van het elektron). Om andere materialen te gebruiken om een ​​kwantumcomputer met zestien toestanden te maken, zijn vier aan elkaar gekoppelde qubits nodig.

De echte doorbraak in dit onderzoek was echter de manier waarop het team vier verschillende methoden gebruikte om de gegevens over de atomen te manipuleren. Elektronen kunnen worden bestuurd door oscillerende magnetische velden. Magnetische resonantiemethoden, zoals die worden gebruikt in MRI-machines, kunnen de spin van atoomkernen manipuleren. Elektrische velden kunnen ook worden gebruikt om atoomkernen te controleren. Ten slotte kan een techniek die 'flipping bits' wordt genoemd, kernen en elektronen controleren met behulp van elektrische velden.

Het onderzoeksteam zei dat dit onderzoek zal helpen om kwantumcomputers ‘dichter’ te maken, met meer qubits in een kleinere ruimte.

Professor Andrea Morello, eerste auteur van de studie, zei: "We investeren in een technologie die moeilijker en langzamer is, maar om zeer goede redenen, waaronder de extreem hoge informatiedichtheid die deze kan verwerken. 25 miljoen atomen in 1 vierkante millimeter is geweldig, maar ze moeten één voor één worden gecontroleerd. We hebben de flexibiliteit om de atomen te besturen met behulp van magnetische velden, elektrische velden of een combinatie daarvan, wat ons veel opties zal geven bij het opschalen van het systeem."

Vervolgens is het team van plan deze atomen te gebruiken om logische qubits te coderen, wat uiteindelijk de weg vrijmaakt voor meer praktische kwantumcomputers.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.