Advertentie
Quantumcomputers struikelen al jaren over hetzelfde probleem: fouten. Qubits zijn extreem gevoelig voor ruis, warmte en verstoringen uit hun omgeving, waardoor berekeningen snel ontsporen. Onderzoekers in China melden nu een belangrijke doorbraak. Hun systeem corrigeert fouten efficiënter dan de bekende aanpak van Google, en dat zou een cruciale stap kunnen zijn richting schaalbare quantumcomputers.
Kritische drempel overschreden
Een onderzoeksteam van de University of Science and Technology of China heeft met de supergeleidende quantumprocessor Zuchongzhi 3.2 de zogeheten fouttolerantie drempel overschreden. In de wereld van quantumcomputing geldt dit als een mijlpaal. Pas wanneer die drempel wordt gehaald, is het in theorie mogelijk om fouten systematisch sneller te corrigeren dan ze ontstaan.
Volgens de onderzoekers is het de eerste keer dat dit resultaat buiten de Verenigde Staten wordt bereikt. Daarmee schuift het Chinese team op richting Google, dat eerder vergelijkbare resultaten presenteerde met zijn Willow-chip. Het team rond natuurkundige Pan Jianwei kiest echter bewust voor een andere technische benadering.
Minder hardware, meer slimme aansturing
Waar Google extra hardware inzet om fouten te onderdrukken, proberen de USTC-onderzoekers het probleem op te lossen zonder bijkomende stuur- en meetlijnen. Extra hardware betekent immers meer complexiteit en vooral meer warmte, wat funest is voor supergeleidende qubits.
Hun oplossing maakt gebruik van uitsluitend microgolfgestuurde controle. In plaats van extra fysieke verbindingen sturen ze uiterst nauwkeurig getimede microgolfsignalen over bestaande lijnen. Daarmee beperken ze zogenoemde lekfouten, waarbij qubits hun gedefinieerde rekenruimte verlaten en onbruikbaar worden voor correcte berekeningen.
Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters en werd onder meer opgepikt door de South China Morning Post.
Logische qubits en surface codes
Op basis van deze aanpak construeerden de onderzoekers een zogenoemd logisch qubit met een surface code van afstand zeven. Een logisch qubit bestaat uit meerdere fysieke qubits die samen fouten detecteren en corrigeren. Hoe groter de code-afstand, hoe robuuster het systeem, mits de individuele qubits voldoende betrouwbaar zijn.
In dit experiment bleek dat de foutonderdrukking daadwerkelijk verbeterde naarmate de code groter werd. De foutonderdrukkingsfactor kwam uit op 1,4 bij de overgang van code-afstand drie naar vijf en vervolgens naar zeven. Belangrijker nog: de logische foutkans daalde met toenemende complexiteit, in plaats van toe te nemen door extra ruis. Dat is precies wat nodig is om richting grotere systemen te kunnen gaan.
Implicaties voor schaalbaarheid
Doordat het systeem onder de kritische foutdrempel opereert, voldoet het aan een belangrijke voorwaarde voor verdere opschaling. Het ontbreken van extra stuurleidingen levert daarbij een duidelijk architecturaal voordeel op. Microgolfsignalen kunnen gebundeld over één verbinding worden verzonden, wat de bekabeling sterk vereenvoudigt.
Minder kabels betekent minder warmte, minder mechanische spanningen en minder beperkingen in de cryogene koeling. Dat is een gevoelig punt bij concurrerende, hardware-intensievere ontwerpen. De aanpak van Google wordt als krachtig gezien, maar kan bij zeer grote aantallen qubits tegen praktische grenzen van de koeltechniek aanlopen.
Verwachtingen temperen
Toch is voorzichtigheid op zijn plaats. Het experiment overtuigend, maar commerciële toepassingen zijn nog ver weg zijn. Huidige quantumcomputers beschikken over hooguit enkele honderden qubits. Voor echt universele, fouttolerante systemen zijn er honderdduizenden tot zelfs miljoenen qubits nodig.
Een andere route naar dezelfde bestemming
De Chinese doorbraak laat zien dat foutcorrectie niet per se gepaard hoeft te gaan met steeds meer hardware. Door slimme aansturing via microgolven verschuift de complexiteit van fysieke infrastructuur naar controle en signaalverwerking. Dat past in een bredere trend binnen quantumonderzoek, waarbij schaalbaarheid steeds vaker als architecturaal probleem wordt benaderd. Of deze aanpak uiteindelijk het wint van Google's aanpak, is nog onduidelijk, maar hij vergroot in elk geval het aantal serieuze routes richting praktisch bruikbare quantumcomputers.