Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Deze 5 centimeter kleine disk van diamant kan in theorie 25 exabyte aan gegevens bewaren. De makers willen het schijfje onderdeel maken van quantumcomputers.
Het is een doel waar natuurkundigen wereldwijd op allerlei manieren naartoe werken: de quantumcomputer. Die kan berekeningen maken waar normale computers niet uitkomen, door te werken met zogenoemde quantum bits of qubits: bits die niet simpelweg 0 of 1 zijn, maar die zich in een wazige toestand bevinden van 0 en 1 tegelijk. Dat wordt dan een superpositie van 0 en 1 genoemd; een moeilijk te bevatten verschijnsel dat alleen binnen de quantummechanica mogelijk is.
Lees ook:
Spin
Maar, zo vragen de natuurkundigen zich af, hoe maken we de beste qubits? Een van de meest veelbelovende materialen hiervoor is diamant. Diamant bestaat uit een rooster van koolstofstofatomen, maar soms ontbreekt er eentje. Zo’n ‘foutje’ wordt een vacature genoemd. Door een koolstofatoom naast deze lege ruimte te vervangen door een stikstofatoom, creëren onderzoekers een speciaal defect, een zogenoemd stikstof-vacature-centrum (NV-centrum).
Belangrijk is dat er bij zo’n centrum twee overtollige elektronen zitten, die je samen kunt zien als één deeltje met een zogenoemde ‘spin’. Wanneer natuurkundigen ze blootstellen aan een magnetisch veld, kan die spin omhoog, omlaag of in een superpositie worden gebracht. En voilà: een qubit is geboren.
1 biljard Blu-rays
Er is echter een probleem bij het maken van diamanten schijven die veel data op kunnen slaan. Om grote disks te ontwikkelen, zou meer stikstof nodig zijn dan voor een kleine schijf waar minder gegevens op passen. Maar te veel stikstof verstoort het opslaan van de data juist. Natuurkundigen leken dus te moeten kiezen: een grote, maar instabiele disk die veel gegevens opslaat of een kleine, stabiele die weinig data bewaart.
Onderzoekers van de Saga University in Japan ontwikkelden onlangs een nieuwe methode om dit probleem te omzeilen. Ze maakten een schijfje dat groot genoeg is om in de toekomst 25 exabyte – zoveel informatie past er ongeveer op 1 miljard Blu-rays – met een quantumcomputer op te slaan. Deze diamanten schijven hebben een stikstofconcentratie van slechts 3 parts per billion (bbp; deeltjes per miljard). Dit maakt de disks enorm puur, zo zeggen de onderzoekers.
5 centimeter
Voor de diehards die willen weten wat de nieuwe methode van de Japanners dan precies inhoudt. Komt-ie. Normaalgesproken maken natuurkundigen de wafeltjes door kristallen te laten groeien op een platte ondergrond. Maar een nadeel van deze techniek: naarmate de diamanten schijven groter worden, neemt de kans toe dat er barsten in ontstaan. Het Japanse team gebruikte geen plat oppervlak om de diamanten te maken, maar een ondergrond dat een soort trapje vormt. Zo wisten de onderzoekers grotere wafels te maken met een hogere puurheid.
Het diamanten wafeltje heeft een doorsnede van 5 centimeter. De Japanners hopen de disks in 2023 op de markt te brengen, en werkt in de tussentijd aan een exemplaar van 10 centimeter.
Bronnen: ADNa Magazine, New Atlas