Doorbraak in kwantumtechnologie kan laptops en telefoons duizend keer sneller maken

Stel je voor: je smartphone start in een oogwenk op, je laptop hapert nooit meer en zelfs zware apps draaien alsof het niks is. Volgens Amerikaanse wetenschappers is dat misschien geen toekomstmuziek meer. Zij hebben een nieuwe manier gevonden om elektronische eigenschappen van zogenoemde kwantummaterialen razendsnel te controleren en dat zou chips wel duizend keer sneller kunnen maken.

Quantummaterialen gedragen zich op manieren die klassieke natuurwetten tarten. In deze studie ging het om 1T-TaS₂, een gelaagd materiaal dat kan schakelen tussen twee tegenpolen: geleiden (stroom doorlaten) en isoleren (stroom blokkeren). Precies dat schakelen vormt de basis van hoe transistors in chips werken. Maar waar gewone chips vaste schakelaars gebruiken, blijkt dit bijzondere materiaal beide functies in zich te hebben én te kunnen schakelen met behulp van warmte en licht.

“We gebruiken licht om de materiaaleigenschappen aan te passen en dat gebeurt op de snelst mogelijke manier die de natuurwetten toelaten,” zegt natuurkundige Gregory Fiete van Northeastern University. Zijn team noemt hun techniek thermal quenching: een extreem snelle opwarming en afkoeling die ervoor zorgt dat het materiaal in een stabiele toestand blijft, maar wel razendsnel van functie kan veranderen.

Dat idee is niet nieuw, maar eerdere pogingen werkten alleen bij temperaturen ver onder het vriespunt en dat is verre van praktisch. Nu slaagden de onderzoekers erin om het materiaal langdurig te laten schakelen bij normale temperaturen. Daarmee zetten ze een grote stap richting toepassingen in de echte wereld.

In onze huidige technologie zijn geleidende en isolerende delen van chips gemaakt van verschillende materialen, die slim met elkaar zijn verbonden. Als deze nieuwe aanpak verder wordt ontwikkeld, is het denkbaar dat er in de toekomst nog maar één slim materiaal nodig is, dat je met licht of temperatuur kunt aansturen.

Dat betekent: kleinere, efficiëntere en veel snellere chips. “We willen ultieme controle over materiaaleigenschappen,” legt Fiete uit. “Zodat we ze snel en betrouwbaar kunnen schakelen, precies wat je nodig hebt in een apparaat.”

De huidige chips, gebaseerd op silicium, worden steeds kleiner en krachtiger, maar we naderen hun fysieke limiet. Daarom zoeken fabrikanten naar alternatieven. Quantum computing is één route, maar een andere is innovatie in materialen. “Daar draait dit onderzoek om,” aldus Fiete.

Het is nog lang niet zover dat we deze techniek in onze telefoons of laptops terugzien. Maar de ontdekking opent wel de deur naar een nieuwe generatie elektronica, sneller, slimmer en fundamenteel anders dan we gewend zijn.

Bron: Science Alert