De fotonische kwantumcomputer zou nu al nuttig en beter zijn dan de klassieke en aanzienlijk minder energie verbruiken (afb: Quantinuum)

In Science staat een artikel over de toekomst van de kwantumtechnolo-gie van onderzoe-kersters van de universiteit van Chicago, de Stanford-universiteit, het MIT en de universiteit van Innsbruck (Oos). Het artikel bespreekt de huidige stand van zaken van zes toonaangevende kwantumapparaatplatforms, waaronder supergeleidende kwantumbits, gevangen ionen, spindefecten, halfgeleiderkwantumstippen, neutrale atomen en optische fotonische kwabits. De onderzoekersters zijn, uiteraard, vol goede moed.
“De kwantumtechnologie van nu doet denken aan de begindagen van de transistor”, zegt hoofdauteur David Awschalom van de universiteit van Chicago. “De fundamentele natuurkundige concepten liggen vast, functionele systemen bestaan en nu moeten we de partnerschappen en gezamenlijke inspanningen koesteren die nodig zijn om het volledige potentieel van de technologie te benutten. Hoe gaan we de uitdagingen van schaalvergroting en modulaire kwantumarchitecturen aan?”
Om de voortgang aan te geven op het gebied van rekenen, simulatie, netwerken en detectie, gebruikten de auteurs grootschalige ki-modellen zoals ChatGPT en Gemini om het relatieve technische gereedheid van elk platform te kunnen schatten. Die zogeheten TRL’s behoordelen de rijpheid van een technologie op een schaal van 1 (basisprincipes waargenomen in een laboratoriumomgeving) tot 9 (bewezen in een operationele omgeving), hoewel een hogere TRL-waarde nog steeds van toepassing kan zijn op een technologie in een vroeg stadium die een hoger niveau van systeemverfijning heeft getoond.

De resultaten bieden een vergelijkende momentopname van de voortgang in het vakgebied. Hoewel geavanceerde prototypes de werking van het systeem en toegang tot de publieke ‘wolk’ hebben aangetoond, bevinden hun ruwe prestaties zich nog in een vroeg stadium van ontwikkeling. Veel zinvolle toepassingen, waaronder grootschalige kwantumchemiesimulaties, zouden bijvoorbeeld miljoenen fysieke kwabits kunnen vereisen met een foutmarge die ver buiten de huidige technologische haalbaarheid ligt.
“Hoewel halfgeleiderchips in de jaren ’70 TLR-9 waren, konden ze weinig vergeleken met de geavanceerde geïntegreerde schakelingen van vandaag de dag”, zegt William Oliver van het MIT. “Evenzo geeft een hoge TRL voor kwantumtechnologieën vandaag de dag niet aan dat het einddoel is bereikt, noch dat de wetenschap is voltooid en er alleen nog maar techniek overblijft. Het weerspiegelt eerder een betekenisvolle, maar relatief bescheiden demonstratie op systeemniveau die is bereikt, een demonstratie die nog aanzienlijk moet worden verbeterd en opgeschaald om de volledige belofte waar te kunnen maken.”

De hoogste TRL-scores gingen naar supergeleidende kwabits voor kwantumrekenen, neutrale atomen voor kwantumsimulatie, fotonische kwabits voor kwantumnetwerken en spindefecten voor kwantumdetectie.

Nog veel problemen

De auteurs wijzen verschillende overkoepelende problemen aan die moeten worden aangepakt om kwantumsystemen effectief te kunnen opschalen. Aanzienlijke vooruitgang in materiaalkunde en -fabricage is nodig om consistente, hoogwaardige, in massa produceerbare apparaten mogelijk te maken die kunnen worden gemaakt via betrouwbare en kosteneffectieve (giet)processen.

Bedrading en signaaloverdracht blijven een centraal pijnpunt in de techniek. De meeste kwantumplatforms vereisen nog steeds afzonderlijke besturingskanalen voor de meeste kwabits en het simpelweg verhogen van het aantal draden is niet doenlijk, aangezien deze systemen opgeschaald zouden moeten worden naar miljoenen kwabits.
Vergelijkbare problemen zouden zich in de jaren ’60 hebben voorgedaan, bekend als de tirannie van de getallen. Vermogensafgifte, temperatuurbeheersing, geautomatiseerde ijking en systeembesturing vormen allemaal problemen die voortdurende vooruitgang vereisen naarmate de complexiteit van de systemen toeneemt.

Het artikel koppelt deze technische behoeften aan lessen uit de geschiedenis van de rekentuigtechnologie. Veel van de geavanceerdste ontwikkelingen in de klassieke elektronica – van de introductie van lithografie tot nieuwe transistormaterialen – hadden jaren of decennia nodig om de overgang van laboratoriumonderzoek naar industriële toepassing te maken, is het idee dat de auteurs troost schenkt.
Ze stellen dat de vooruitgang in kwantumtechnologie een vergelijkbaar traject zal volgen. Ze benadrukken het belang van ontwerpstrategieën (van bovenaf) op systeemniveau, een gedeelde, open wetenschappelijke kennis die voortijdige silovorming voorkomt en geduld.

Bron: phys.org