De twee kwantumstippen zijn verborgen onder de poorten G1 en G2. RG is het reservoir waar de elektronen voor de kwantumstippen vandaan komen (afb: uit Nature-artikel)

Hoogstwaarschijnlijk ga ik wel eens in de mist als ik het over kwantumcomputer heb,  maar ik meen toch te weten dat instabiliteit van kwantumsystemen een van de grootste zorgen is voor onderzoekers aan kwantumcomputers. Die instabiliteit maakt de uitkomsten van kwantumberekeningen onbetrouwbaar. Nu schijnen onderzoekers van een Australische universiteit de betrouwbaarheid te hebben gemeten van een tweekwabitter op silicium en die zag er veelbelovend (want betrouwbaar) uit. Komt het er nu eindelijk van die geweldige kwantumcomputer of blijft het martelen?
De proefneming werd uitgevoerd door Wister Huang en Henry Yang (niet alleen in de VS is het aantal onderzoekers van Chinese komaf enorm). “Alle kwantumberekeningen kun je uitvoeren met kwantumbit (die ik in afko kwabit noem;as)”, zegt hun baas Andrew Dzurak. “Tweebitoperaties zijn de bouwstenen van het kwantumrekenen. Als je die eenmaal hebt, dan kun je elke berekening maken die je wilt, maar de nauwkeurigheid van beide operaties moet erg hoog zijn.”
In 2015 was de groep van Dzurak de eerste die een logische poort bouwde van silicium, waardoor tweebitsoperaties mogelijk werden en daarmee de kwantumtechniek en de silicumtechnologie verenigde. Een aantal groepen heeft sedertdien met die tweekwabitspoorten gewerkt, maar onduidelijk was hoe nauwkeurig die waren. Yang: “Betrouwbaarheid is de maatstaf die bepaalt hoe bruikbaar de kwabittechnologie is. Je kunt alleen maar gebruik maken van de geweldige kracht van het kwantumrekenen als de kwabitoperaties bijna perfect zijn.”
Met behulp van een betrouwbaarheidstest berekenden de onderzoekers een waarde van 98%. Huang vindt dat hoog. “We bereikten die score door primaire foutenbronnen op te sporen en af te zwakken.” Daardoor werden langere operaties mogelijk (tot aan 50 poortoperaties aan toe).

Ingewikkeld

Van kwantumrekentuigen wordt verwacht dat ze veel ingewikkelder bewerkingen kunnen uitvoeren dan de huidige digitale supercomputers. Dzurak: “Voor de meeste van die toepassingen heb je miljoenen kwabits nodig en je zult de fouten moeten corrigeren, zelfs als ze klein zijn. Om die foutcorrectie mogelijk te maken moeten die kwabits zo accuraat mogelijk zijn en je moet ook weten hoe accuraat. Hoe accurater des te minder heb je er nodig en des te eerder bereik je de fase van een volwaardige kwantumcomputer.”

Volgens de onderzoekers hebben ze ook bewezen dat silicium het ideale platform is voor het opschalen van het kwantumrekentuig. De eigenschappen daarvan zijn inmiddels goed bekend en de vooruitzichten zouden prettig zijn. Dzurak: “We hadden een probleem gehad als de nauwkeurigheid te laag was geweest. Met bijna 99% zitten we op het terrein dat we nodig hebben. We denken in de toekomst aanzienlijk hogere nauwkeurigheden te kunnen behalen. We zitten nu in de buurt van een nauwkeurigheid die groot genoeg is voor kwantumfoutcorrectie.”

In een apart artikel van dezelfde groep in Nature Electronics beschrijven de onderzoekers een 1-kwabitpoort met een betrouwbaarheid van 99,96%.

Spinkwabits

Spinkwabits die gebaseerd zijn op de CMOS-technologie op silicium vormen de specialiteit van de groep van Dzurak vanwege hun relatief grote stabiliteit (voor kwantumbegrippen dan) en de mogelijkheid daarmee grote aantallen kwabits te te produceren. Dzurak werkt bij de realisatie van het siliciumkwantumrekentuig samen met Silicon Quantum Computing, het eerste Australische bedrijf op het gebied van kwantumrekenen. “Onze resultaten brengen ons dichter bij de commercialisering van deze technologie. Mijn groep is al bezig met het bouwen van een kwantumchip.”

Bron: phys.org