Atoomrooster onder de vingers

Cowboy was hij graag geworden, of anders uitvinder. Eentje die meebouwt aan de quantumtechnologie. Lieven Vandersypen (36) hield vorige week zijn oratie.

Quantumtechnologie bestaat nog niet. Ja, je hebt halfgeleiders, lasers en supergeleidende magneten waarvan de werking op verschillende quantummechanische effecten berusten. Maar de échte quantumtechnologie, die waar prof.dr.ir Lieven Vandersypen van droomt, is technologie die gebruikmaakt van verstrengeling. En dat bestaat nog nergens.“Verstrengeling is het meest karakteristieke, bijzondere en diepgaande in de quantummechanica”, zegt de jongensachtige hoogleraar, en in zijn ogen verschijnt een verre glans. Vandersypen werd een jaar geleden benoemd als Antoni van Leeuwenhoek-hoogleraar, een aanstelling voor veelbelovende jonge wetenschappers, aan het Kavli instituut voor nanowetenschappen bij de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Daarvoor had hij al naam gemaakt met zeven publicaties in de tijdschriften Nature en Science. Vandersypen droomt niet alleen, hij bouwt ook gestaag door aan zijn droom: de quantumcomputer.In zijn intreerede maakte Vandersypen afgelopen vrijdag de balans op. “Het is routine geworden om een enkel elektron op te sluiten in een quantumdoosje, en een tweede in het doosje ernaast. We kunnen de spin van een elektron uitlezen, en we kunnen – als enigen ter wereld - de spin van een elektron op een gecontroleerde manier laten ronddraaien.” Je krijgt de indruk dat de quantumcomputer voor het grijpen ligt, dat het alleen nog een kwestie is van het samenstellen van een stel quantumdots (de door prof.dr.ir. Leo Kouwenhoven ontwikkelde nanostructuur die één elektron als een doosje omvat) tot een groter geheel. Maar die indruk klopt niet.“We hebben alle bouwstenen, maar er is één obstakel”, legt Vandersypen uit. “En dat is dat de verstrengelde toestand, of meer algemeen de superposities, maar beperkte tijd beschikbaar zijn.” Een elektronspin heeft twee standen – op en neer - maar kan ook in een ongedefinieerde tussenstand verkeren die superpositie genoemd wordt. Die toestand is echter fragiel en de kleinste storende invloed uit de omgeving is genoeg om de superpositie te doen instorten. Men hoopt door quantumdots uit grafeen (éénlagige koolstofstructuur) of van silicium te maken (materialen die geen storende atoomspin hebben) de superpositietijd te kunnen vergroten van 1 tot meer dan 100 microseconden. “Dat is niet binnen handbereik, maar het is ook niet onmogelijk.”Je kunt je afvragen hoe handig het is om een computer te bouwen die binnen een fractie van een seconde crasht, maar daarmee doe je het bijzondere karakter van de potentiële quantumcomputer geen recht. De meest genoemde toepassingen zijn ontbinding van grote getallen in factoren om codes te kraken of ongestructureerde zoekproblemen. Immers, zolang er superpositie is, onderzoekt de computer alle mogelijkheden tegelijk. Maar waar Vandersypen van droomt zijn quantumsimulaties, een toepassing die al in 1982 door de fameuze fysicus Richard Feynman werd geopperd. Quantumdots functioneren hierbij als kunstmatige atomen waarbij het aantal elektronen en de elektrische barrières instelbaar zijn. Met voldoende quantumdots zou een gesimuleerd kristalrooster opgebouwd kunnen worden. Vandersypen: “De hoop is dat je knoppen hebt om bepaald gedrag zoals supergeleiding te laten verschijnen of verdwijnen. Je kunt dan naar binnen kijken omdat je al die quantumdots hebt waar je aan kunt meten. Tegelijkertijd controleer je het macroscopische gedrag met de knoppen. Die combinatie geeft meer mogelijkheid dan enkel naar de natuur te kijken, want op die manier komen we er kennelijk niet uit.”Tien jaar eerder verrichte prof.dr.ir Hans Mooij binnen dezelfde groep quantumtransport al pionierswerk op dit gebied. Hij stelde met andere simulatietechnieken vast dat onregelmatigheid in kristalroosters elektrische geleiding in de weg staat, ook al zijn er vrije elektronen. “Wanorde leidt tot lokalisatie”, vat hij samen.Het laatste woord is aan Feynman die meer dan een kwart eeuw geleden al een lans brak voor deze nieuwe tak van wetenschap: ‘Nature isn’t classical, dammit, and if you want to make a simulation of Nature, you’d better make it quantum mechanical, and by golly it’s a wonderful problem, because it doesn’t look so easy.’

Studenten die studiepunten behalen voor extra vakken die niet verplicht zijn, mogen deze punten toch laten meetellen in de tempometing.

Hierover was onduidelijkheid ontstaan door de nieuwe, volledige Regeling Studievoortgangsmeting die als bijlage bij het Studentenstatuut wordt gevoegd. Een bepaling hierin zegt dat studiepunten behaald voor extra vakken niet meetellen voor de tempometing.

Volgens de WSF (wet studiefinanciering) moeten echter alle studiepunten behaald binnen het hoger onderwijs worden meegenomen in de tempometing. Dit merkte AAG-fractielid Olaf Lemmers op naar aanleiding van een artikel in de vorige Delta, waarin werd bericht over de bepaling in de Delftse regeling. Volgens Lemmers komt die bepaling voort uit een opdracht van de minister uit 1994. Hierin staat dat voor vakken die vallen buiten de ‘specifieke leerweg’ van de opleiding geen studiepunten mogen worden toegekend.

Juist op dit punt is bij invoering van de WSF in juli 1995 een wijziging aangebracht, omdat in praktijk moeilijk is vast te stellen welke vakken niet tot de specifieke leerweg behoren, en welke vakken wel.

Naar alle waarschijnlijkheid vervalt hiermee de bepaling uit de Regeling Studievoortgangsmeting.