Wordt de atoomkwantumbit het hart van de kwantumcomputer?

atoomkwantumbit

Een foto van een atoomkwantumbit (afb: Debnath&Edwards)

Het vordert met de traagheid van een slak, het onderzoek dat uiteindelijk moet leiden tot die ‘almachtige’ kwantumcomputer. Het lijkt er op dat er nu twee elkaar rivaliserende technieken naar voren komen: een die het houdt bij het ‘vangen’ van ionen, de ander gebaseerd op conventionelere techniek (waarbij ook supergeleiding wordt gebruikt). Wat ook een groot voordeel van deze ontwikkeling vergeleken bij het recente verleden is, dat in beide stromingen de kwantumcomputers programmeerbaar zijn. Het gaat dan overigens nog steeds om computers met maar weinig kwantumbits. Het grote werk moet nog beginnen.

In den beginne was het onderzoek op het gebied van kwantumcomputers vooral gericht op het werken met een bepaald algoritme om, geen toevallig voorbeeld, grote getallen te kunnen factoriseren (ontbinden in priemgetallen). Als dat uit voldoende kwantumbits bestaat zou dat een systeem opleveren dat de digitale computers met verve kan verslaan, maar dat is natuurlijk een doodlopende weg. Dat zou zoiets zijn alsof je een aparte computer nodig zou hebben voor elke toepassing.
Ook kwantumcomputers moeten (dus) programmeerbaar zijn en wat er op het moment voorhanden is volgt die ontwikkelingslijn. In mei maakte IBM bekend dat iedereen op zijn programmeerbare kwantumcomputer mocht ‘frobelen’. Die computer heeft vijf kwantumbits en zal niet echt tot grootse daden in staat zijn, maar is wel programmeerbaar. Google heeft iets vergelijkbaars, een machine van D-Wave, maar laat het publiek niet met zijn apparatuur stoeien.
Zowel de kwantummachine van Google als van IBM werken met supergeleidende kwantumbits die zijn gebouwd met conventionele technieken uit de chipindustrie.

Ionen

Een onderzoeksgroep van de universiteit van Maryland (VS) heeft nu een heel andere manier gebruikt om kwantumbits (ook vijf) te maken. Die bestaan in Maryland uit ‘gevangen’ ytterbiumionen. Daartoe worden magneetvelden en lasers gebruikt. Die vangtechniek wordt ook gebruikt bij atoomklokken. “Ionen zijn de kwantumeenheden van de natuur”, zegt onderzoeker Shantanu Debnath. “Als je er daar een paar van hebt in een processor, dan zijn ze allemaal gelijk en dat is een groot voordeel.”

‘Gevangen’ ionen als kwantumbits hebben nog een voordeel boven hun supergeleidende ‘concurrenten’: ze communiceren allemaal met elkaar via dat vreemde verschijnsel (kwantum)verstrengeling. Daardoor zouden de atoomkwantumcomputers gegevens makkelijker verwerken dan de supergeleidende versies. Debnath: “Elk ion kan wisselwerken met elk ander. Verstrengeling geeft versnelling aan parallelle verwerking.”
Daartegenover staat de supergeleidende kwantumbit, die slechts gegevens kan uitwisselen met zijn buurman/-vrouw. Om met alle andere kwantumbits ‘van gedachten te wisselen’ wordt dan een soort keienloop over een rivier en dus minder effectief, stellen de onderzoekers uit Maryland. Dat is met weinig kwantumbits nog niet zo’n probleem, maar dat probleem zal steeds groter worden naarmate het aantal kwantumbits op een kwantumprocessor zal stijgen. Debnath: “Op den duur zullen ze daarvoor moeten betalen.”
Daar staat tegenover dat de supergeleidende versie van de kwantumcomputer is te maken met bestaande productietechnologieën en dus een stuk minder experimenteel is dan de atoomkwantumcomputer en daardoor makkelijker in serie is te produceren.

Volgens Simon Devitt van het Japanse RIKEN-instituut, die niet heeft deelgenomen aan het project in Maryland, zijn deze twee technieken het verst ontwikkeld. Welke de overhand zal krijgen valt nog te bezien, stelt hij. “De kwantuminformatietechnologie is bezig aan een tweede wedergeboorte en de technische vorderingen op dit terrein gaan steeds sneller. Dit soort resultaten zijn geweldig en ik hoop dat er meer van dit komt.”

Bron: New Scientist

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.