Quantum calculations in diamonds

Trapped atoms, superconducting coils, pairs of confining electrodes or carbon nanotubes; many such building blocks for the computer of the future have been proposed over the years. With their malleable quantum properties, such as spin, charge, current or polarization, these building blocks, or qubits, have the extraordinary capability of ‘superposition’; that is, they do not just contain the value ‘0’ or ‘1’, like a normal digital bit, but rather are capable of both values simultaneously, which, theoretically, enables them to perform very fast calculations.

In the quantum world, a millisecond seems an eternity. Keeping qubits in a stable position long enough to perform calculations is a huge challenge. And that is not to mention the subsequent challenges, like reading out the information from a qubit without disturbing it, resetting the qubit, and allowing qubits to communicate with one another through quantum entanglement.

Given all these impediments, the quest for a quantum computer may seem like a never-ending story to the layman. Not so for Dr Ronald Hanson. When asked whether his work isn’t just yet another tiny step, he laughs and says that to the contrary, developments are going fast. “Ten years ago we weren’t able to do anything,” he explains. “But look at us now. We’re turning and manipulating atoms and electrons. When I tell my friends what we are doing, they’re astonished.”

Dr Hanson’s team works with synthetic diamond that has nitrogen impurities. Opposite each nitrogen atom in the carbon grid is an empty space, which harbors a free electron. This electron’s spin can be set and read out by polarized laser pulses. Earlier, the researchers revealed in Science magazine that a series of microwave pulses shield an electron spin from external perturbations. Now they have shown that they can use the information from the electron to read out the spin direction (quantum state) of three other adjacent particles: that of the nitrogen nucleus and those of two nearby carbon nuclei.

To read out these spin directions, the researchers first perform a quantum operation. The electron then gets entangled with the atomic nuclei, and the information about the atom is transferred to the electron. This technique is special because it does not alter the state of the atomic nuclei. It is therefore useful for preparing the atomic nuclei for further quantum calculations.

Lucio Robledo, Lilian Childress, Hannes Bernien, Bas Hensen, Paul Alkemade & Ronald Hanson. DOI 10.1038/nature10401

Het nieuwe werken omvat onder meer flexwerken, thuiswerken en resultaatgericht werken. Onafhankelijk van plaats en tijd. Medewerkers hebben geen vaste werkplekken, maar bijvoorbeeld een plankje en een laptop, zoals bij Bouwkunde. “Je rugzak is feitelijk je kantoor”, zegt Kees Schotsman, hoofd veiligheid, gezondheid, welzijn en milieu van de dienst human resources.
Bij de TU wordt het nieuwe werken vooral ingegeven door initiatieven als het flexwerken bij Bouwkunde, de lage bezetting van kantoorruimte bij Techniek, Bestuur en Management en de nieuwbouw voor Technische Natuurwetenschappen. De dienst facilitair management en vastgoed wil kantoorruimtes anders inrichten. “Bezuinigen is zeker een argument”, zegt Schotsman. 

De nieuwe manier van werken komt echter ook voort uit de wens om werk en privé beter op elkaar af te stemmen en zo als organisatie een aantrekkelijke werkgever te zijn en blijven. “Je brengt bijvoorbeeld eerst rustig je kinderen naar school en rijdt na de file naar kantoor”, zegt Schotsman. “Dat betekent ook dat je langer doorwerkt of ’s avonds thuis verder werkt. Zie het als de nieuwe werknemer die zich minder bindt aan de organisatie, maar als een soort zelfstandig ondernemer resultaten waarmaakt. Met de leidinggevende als coach.”

Waar flexibel werken alleen te maken heeft met aanwezigheid op wisselende werktijden, is het nieuwe werken meer gericht op de 24-uurs economie. “Niet dat je continu bezig bent met je werk, maar ’s avonds of op vakantie kijk je even naar je mail”, legt Schotsman uit. “Aan de andere kant geeft het je de vrijheid om overdag bijvoorbeeld de dokter te bezoeken.”

Op vakantie is het toch juist fijn om er even helemaal uit te zijn? Je partner vindt het misschien ook niet leuk als je weer met je werk bezig bent.
Schotsman: “Toch zie je dat veel mensen het heel aantrekkelijk vinden. Je kunt er afspraken over maken met je partner door bijvoorbeeld maar één keer per dag mail te checken. Als je het niet wilt, hoeft het niet. Als leidinggevende moet je medewerkers meer op afstand sturen. Loslaten. Vertrouwen. Van medewerkers wordt verwacht dat zij innovatief, gedisciplineerd en initiatiefrijk zijn. Niet afwachtend zijn, maar met ideeën komen. Dat is de kracht van het nieuwe werken: dat je samen met collega’s, in teamverband, tot nieuwe initiatieven en ideeën komt.”

In teamverband? Je collega’s zitten dan toch juist thuis?
“Klopt. Dat moet je als werkgever faciliteren. Interpolis heeft een kantoor in Tilburg ingericht met ontmoetingsruimtes. Ik zit nu hier met collega’s op een gang en zie ze relatief weinig. Zo’n campus: in de zomer vind ik het een prachtige omgeving om met elkaar te wandelen. Je hoort zo van elkaar waar je mee bezig bent. Juist daardoor ontstaat uitwisseling van informatie.”

Wordt dat niet lastig als men straks thuis werkt?
“Klopt, je moet ook regels stellen.  Verzekeraar SNS-Reaal  wil dat iedereen op zijn minst twee dagen per week op kantoor is. Er zijn ook mensen die het juist heel plezierig vinden om met collega’s te werken. Dat moet kunnen. Soms kun je je thuis beter concentreren.  Je moet daar dan ook een ruimte organiseren en met je familieleden afspreken dat je even niet gestoord wilt worden.”

Loopt de TU niet het risico dat mensen lichamelijke klachten krijgen omdat ze thuiswerken met meubilair dat verkeerd staat afgesteld?
“De arbo-wetgeving verplicht de werkgever die zorg ook te hebben met betrekking tot het thuiswerken. De meeste kantoren lossen het op door een eenmalige vergoeding te geven waarmee je als medewerker meubilair kunt kopen en een kantoortje kunt inrichten, maar je blijft zelf verantwoordelijk voor een juiste zithouding. Daar zijn ook softwareproducten voor. Het meubilair in kantoren moet makkelijk te verstellen zijn. We kunnen kijken hoe andere organisaties dat hebben opgelost. Dat wil ik met de medezeggenschap bespreken.”

Bij Bouwkunde is het werken met flexibele plekken geëvalueerd: mensen gingen vaker thuiswerken en studenten konden hun docenten niet meer vinden. Het lijkt me niet fijn als studenten vragen over een wiskundige afleiding door de telefoon moeten bespreken.
“Terechte nadelen. Als je het nieuwe werken invoert zul je ongetwijfeld dit soort dingen tegenkomen. Daar zul je secuur mee moeten omgaan. Het lijkt me merkwaardig als docenten onbereikbaar zijn met de huidige technologie. Thuis moeten zij hun mobiel naast zich hebben liggen of afspreken dat ze binnen een uur terugmailen. Je kunt ook colleges opnemen.”

Ander probleem was dat mensen hun laptop niet onbeheerd durfden achterlaten als ze in hun eentje in een kantoortje zaten en even naar het toilet moesten.
“Dat lijkt me inderdaad een verschrikking en daar zul je met een aantal specialisten een antwoord op moeten bedenken. Desnoods zet je je computer vast aan een kabel. Computers worden ook steeds kleiner. Een iPad neem je zo mee naar de wc, maar het is niet ideaal. We zullen het evaluatierapport bij de invoering betrekken.”