Delftse onderzoekers zetten stap vooruit met hun quantumcomputer

Op silicium gebaseerde bouwstenen voor quantumcomputers hebben een belangrijke mijlpaal bereikt. Drie groepen onderzoekers – waaronder een uit Delft – hebben aangetoond dat je er bewerkingen mee kunt uitvoeren met voldoende nauwkeurigheid voor betrouwbare resultaten. Daarmee zijn deze bouwstenen een serieuze kandidaat voor toekomstige quantumcomputers.

Quantumcomputers beloven bepaalde taken veel sneller uit te voeren dan de huidige computers en problemen op te lossen die nu nog buiten ons bereik liggen. Die kracht komt van bouwstenen genaamd qubits, die niet alleen één of nul zijn – zoals de ‘gewone’ bits – maar ook een combinatie daarvan. Ze kunnen bestaan uit verschillende deeltjes: elektronen, fotonen of supergeleidende circuitjes.

Elektron-qubits die opgesloten zitten in structuren van silicium zijn een goede kandidaat omdat ze klein en stabiel zijn. Bovendien kan productie profiteren van de bestaande chipsindustrie. Een nadeel was dat silicium-qubits vaker fouten maakten.

Dat probleem lijkt nu opgelost. Onderzoekers van QuTech, een samenwerking van de TU Delft en TNO, demonstreren bewerkingen met twee qubits met 99 procent betrouwbaarheid. „Silicium-qubits doen daarmee niet meer onder voor andere kandidaten”, zegt quantumfysicus Xiao Xue van QuTech. De resultaten verschenen woensdag in Nature.

Het gaat weleens mis

Om berekeningen uit te voeren met qubits moet je er bewerkingen mee doen, maar dat gaat weleens mis. Deze fouten kunnen hersteld worden, maar alleen als er niet te veel fouten ontstaan. „Er is daarom een betrouwbaarheidsgrens bepaald van 99 procent”, vertelt Xue. „Een qubit-technologie wordt pas serieus genomen als die boven die 99 procent zit.”

Het lukte de Delftse onderzoekers om met twee qubits bewerkingen uit te voeren met meer dan 99,5 procent betrouwbaarheid. Ze hebben de kwaliteit van het silicium verbeterd waardoor de gevoelige qubits minder snel verstoord raken. „Daarnaast hebben we de controle en de kalibratie van het systeem verbeterd”, vertelt Xue.

In Nature verschenen nog twee publicaties met vergelijkbare resultaten. Japanse onderzoekers gebruikten ook het verbeterde materiaal uit Delft. En Australiërs hadden een nét andere techniek: niet met elektronen, maar met fosforatomen in silicium.

„Het is een mooie, indrukwekkende stap”, zegt fysicus Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden, die niet betrokken was bij het onderzoek. „Het is een begin. Met twee qubits kun je nog niet zoveel, de uitdaging is om er honderden te maken die net zo goed zijn.”

Voor nuttige toepassingen heb je zeker een miljoen qubits nodig. Silicium-qubits lijken achter te lopen. Google heeft een quantumcomputer met tientallen supergeleidende qubits met ruim 99 procent betrouwbaarheid. Maar die qubits zijn veel groter en verder opschalen is een uitdaging. De belofte van silicium-qubits is dat je ze gemakkelijker kunt opschalen. Beenakker: „Als silicium-qubits hun belofte waarmaken en ook op grote schaal betrouwbaar blijken, dan is er in Delft op het goede paard gewed.”