Control-systeem voor grootschalige quantumcomputers

1 oktober 2017, 00:00
Een innovatief control-systeem maakt de weg vrij voor grootschalige quantumcomputers (afbeelding © TNO/Richard Versluis).
Een innovatief control-systeem maakt de weg vrij voor grootschalige quantumcomputers (afbeelding © TNO/Richard Versluis).

Een grote uitdaging voor quantumcomputers, die vooralsnog slechts uit een handvol qubits (quantum bit) bestaan, is de schaalbaarheid. Om succesvol quantumalgoritmes uit te kunnen voeren, zijn echter miljoenen qubits nodig om de inherente instabiliteit van de qubits en fouten in het systeem te corrigeren. Tot nog toe werden de control-systemen steeds groter en complexer naarmate het aantal qubits toenam. Dit is nog geen probleem voor experimentele quantumchips met een paar qubits, maar er waren nog geen concepten beschikbaar om duizenden of miljoenen qubits aan te sturen en foutencorrectie op de qubits mogelijk te maken.

Willekeurig aantal qubits bestuurd door één set hardware

De onderzoekers van QuTech, een samenwerkingverband opgericht door de TU Delft en TNO, vonden een oplossing voor dit schaalbaarheidsprobleem voor supergeleidende qubits. Deze oplossing gebruikt een control-systeem ter grootte van een kleine boekenkast om een basis-bouwblok van acht qubits aan te sturen. Door de acht qubits op de chip te dupliceren, kan hetzelfde control-systeem een willekeurig aantal qubits, van 8 tot 8 miljoen of meer, individueel aansturen en tegelijkertijd de operaties uit voeren die noodzakelijk zijn voor foutcorrectie. Dit biedt programmeurs de mogelijkheid om quantumalgoritmes uit te voeren op een willekeurig aantal qubits. Het volgende doel bij QuTech is om deze methode (inclusief foutcorrectie) toe te passen op een quantumprocessor met 17 qubits. Dit zou het grootste aantal qubits ooit zijn waarop zowel individuele aansturing als foutencorrectie wordt toegepast.

Genoeg ruimte bij de bron

De uitspraak van Nobelprijswinnaar Richard Feynman dat ‘er genoeg ruimte bij de bron is’ geeft aan dat er een hele wereld verkend kan worden op quantumschaal: de wereld van atomen en elektronen. Hij was één van de eersten die inzag dat de complexiteit om quantummechanische systemen te modelleren omgezet kan worden in een bron van mogelijkheden. Omdat er zoveel parameters nodig zijn om gekoppelde quantummechanische deeltjes te modelleren, kunnen dat soort gekoppelde deeltjes ook worden beschouwd als systemen die in staat zijn om grote hoeveelheden informatie op te slaan en te manipuleren. Sindsdien zijn er verschillende slimme algoritmes bedacht die quantumcomputers in staat te stellen supercomputers te verslaan op het gebied van bijvoorbeeld het kraken van codes, het zoeken en analyseren van specifieke data en het bepalen van eigenschappen van chemische stoffen. Deze algoritmes vereisen echter miljoenen qubits.

De onderzoekers Richard Versluis (TNO) en Leo DiCarlo (TU Delft) en Stefano Poletto (postdoc TU Delft) hebben hun bevindingen gepubliceerd in Physical Review Applied.

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items