Hoewel kwantumcomputers snel in omvang en potentieel toenemen, worden ze geconfronteerd met een cruciaal obstakel: fouten. Naarmate deze machines krachtiger worden, dreigt het aantal fouten ze onpraktisch te maken. Nu hebben onderzoekers een methode gedemonstreerd om qubits te recyclen en opnieuw te gebruiken, waardoor hun betrouwbaarheid wordt verbeterd en complexe berekeningen haalbaarder worden.
Het foutenprobleem bij kwantumcomputers
Bestaande kwantumcomputers worstelen met nauwkeurigheid. Ze zijn te gevoelig voor fouten voor bruikbare, realistische berekeningen die traditionele computers overtreffen. Terwijl foutcorrectieschema’s in ontwikkeling zijn, blijft er een grote uitdaging bestaan: het creëren van voldoende hoogwaardige qubits om zowel de berekeningen uit te voeren en deze fouten op te sporen.
De standaardbenadering verdeelt qubits in twee groepen: degenen die gegevens manipuleren (de computationele qubits) en degenen die fouten monitoren (ancilla qubits). Het is moeilijk om voldoende van beide typen te bouwen. Een nieuwe strategie richt zich op het verminderen van het aantal benodigde ancilla-qubits door ze herhaaldelijk te hergebruiken.
De recyclingmethode van Atom Computing
Onderzoekers van Atom Computing hebben aangetoond dat ancilla-qubits tot 41 keer achter elkaar kunnen worden gerecycled. Dit is cruciaal omdat complexe berekeningen veel foutcorrectierondes vereisen, wat betekent dat er anders een constante aanvoer van nieuwe qubits nodig zou zijn. Het team, onder leiding van Matt Norcia, bereikte dit door ytterbiumatomen af te koelen tot bijna het absolute nulpunt met behulp van lasers en elektromagnetische pulsen.
Ze organiseerden hun kwantumcomputer in drie zones:
- Berekeningszone: 128 qubits voeren de berekeningen uit.
- Error-Tracking Zone: 80 qubits meten en vervangen foutieve qubits.
- Opslagzone: 75 qubits worden gereed gehouden voor hergebruik.
Met deze opstelling kan het team ancilla-qubits resetten of indien nodig vervangen door nieuwe.
Uitdagingen en precisiecontrole
Het succes van deze methode hangt af van extreme precisie. Strooilicht van lasers kan de qubit-functie verstoren, dus ontwikkelden de onderzoekers nauwkeurig afgestemde lasercontrole en aangepaste data-qubit-statussen om ongewenste interferentie te weerstaan. Dit niveau van controle is van cruciaal belang omdat zonder dit niveau zelfs bescheiden berekeningen miljoenen of miljarden qubits zouden vereisen – een onmogelijke vraag voor de huidige hardware.
Bredere implicaties voor kwantumvooruitgang
De mogelijkheid om qubits te hergebruiken is niet beperkt tot Atom Computing. Yuval Boger van QuEra benadrukt dat deze mogelijkheid van fundamenteel belang is voor de vooruitgang op het gebied van kwantumcomputers. Andere onderzoekers, waaronder die van Harvard en MIT, hebben vergelijkbare methoden met rubidiumatomen gebruikt om kwantumberekeningen urenlang vol te houden. Zelfs op ionen gebaseerde kwantumcomputers, zoals de Helios-machine van Quantinuum, kunnen qubits hergebruiken.
“Hergebruik van Ancilla is niet langer alleen maar een wenselijke functie; het wordt een noodzaak voor het opschalen van quantum computing”, zegt Norcia.
Deze doorbraak vertegenwoordigt een cruciale stap in de richting van het bouwen van praktische en betrouwbare kwantumcomputers die in staat zijn problemen op te lossen die buiten het bereik van klassieke machines liggen.
