Delftse diamanten voorkomen dat quantumrekenen ontspoort
© QuTech

Delftse diamanten voorkomen dat quantumrekenen ontspoort

De supersterkte rekenmachine van de toekomst, de quantumcomputer, is deze week een stuk realistischer geworden. Natuurkundigen van het QuTech-instituut in Delft hebben een systeem ontwikkeld waarmee zulke computers echt foutloos kunnen rekenen, iets waarover experts tot nog toe veel zorgen hadden.

Quantumcomputers gelden als de toekomst van het superrekenen, omdat ze op papier biljoenen malen sneller kunnen zijn dan de grootste supercomputer. Dat biedt enorme perspectieven voor simulaties, bijvoorbeeld in medicijnontwerp en genetica. Ook kunnen er codes mee worden gekraakt, die nu nog data of bankgegevens beschermen.

Onlangs stak de EU een miljard euro in het quantumrekenen, iets waarin Europa sterk voorop loopt. Ondermeer QuTech in Delft profiteert van dat zogeheten Flagship-programma bij de jacht op de eerste werkende quantumcomputer. Die wordt ergens de komende tien jaar gerealiseerd, denken veel experts.

In quantumcomputers worden berekeningen niet stap voor stap gedaan met enen en nullen, de klassieke bits. In plaats daarvan worden zoheten qubits gebruikt, mengvormen van een en nul die pas bij een meting een 1 of 0 worden. Daardoor kunnen bepaalde berekeningen veel sneller dan normaal worden gedaan, omdat alle mogelijkheden in één klap worden bekeken.

Ongewisse uitkomsten

Maar de kracht van de onbestemde qubits is meteen ook hun zwakte, zegt promovenda Julia Cramer van QuTech. 'Zodra er naar een qubit gekeken wordt, is het hele quantumeffect weg.' In de huidige ontwerpen voor quantumcomputers worden de qubits daarom zo goed mogelijk geïsoleerd tijdens een berekening. Maar dat isolement maakt het ook onmogelijk om te controleren of het systeem daadwerkelijk in een quantumtoestand verkeert en niet onderweg ontspoort. Dat maakt de uitkomsten ongewis.

Cramer en haar groepsleider Tim Taminiau hebben nu een systeem getest, waarmee de integriteit van qubits bekeken kan worden zonder ze meteen te verstoren. Ze beschrijven donderdag in het tijdschrift Nature Communications de procedure waarin van een qubit twee reservekopieën worden gemaakt, waarna alleen nog wordt gecheckt of de drie wel identiek zijn.

Voor hun proeven gebruiken ze rondtollende koolstofatomen in een diamantrooster. De meeste qubit-systemen in de wereld zijn gebaseerd op supergeleidende stroomkringetjes op chips, maar wat de beste technologie is, staat nog niet vast.

Het is een babyversie van wat er in de praktijk nodig is voor een effectieve quantumcomputer

Quantumtheoreticus dr Barbara Terhal

Volgens de Nederlandse quantumtheoreticus dr Barbara Terhal van de Universiteit van Aaken is de Delftse demonstratie van quantum-foutcorrectie een belangrijke stap voorwaarts. 'Het is een babyversie van wat er in de praktijk nodig is voor een effectieve quantumcomputer. Zonder blijft quantumrekenen altijd een rommelige aangelegenheid', zegt ze.

Cramer, die later dit jaar in Delft promoveert op quantumfoutcorrectie, geeft wel aan dat er nog veel werk aan de winkel is. 'We hebben nu een onderdeel dat controleert zonder het quantumsysteem te verstoren. Maar waar het echt om draait is laten zien dat dit systeem het rekenen met een quantumcomputer werkelijk zoveel beter maakt.'