Een doorbraak in de ontwikkeling van de eerste kwantumcomputer.

Het wordt ook wel de ‘ruimtewedloop van de 21e eeuw’ genoemd; het bouwen van de eerste kwantumcomputer. En dit gaat niet zonder slag of stoot. Onderzoekteams over de hele wereld zijn bezig met het ontwikkelen daarvan en zijn vastberaden om hem ooit op de markt te zetten. Het grote voordeel van zo’n kwantumcomputer is dat hij met zijn immense rekenkracht kan worden ingezet om grote vraagstukken, zoals klimaatverandering en complexe ziekten zoals kanker, op te lossen.

Kwantumcomputer

De kwantumcomputer onderscheidt zich van de traditionele computer doordat deze geen gebruik maakt van bits – die de waarde 0 of 1 kunnen hebben – maar van qubits. Dit breidt de woordenschat van de binaire code die wordt gebruikt in de huidige computers gigantisch uit. Qubits maken gebruik van twee principes uit de kwantummechanica: superposities en kwantumverstrengeling. Qubits kunnen een 0 of een 1 of een willekeurige combinatie van deze twee tegelijkertijd opslaan. Deze kunnen vervolgens tegelijk worden verwerkt, waardoor er meerdere berekeningen simultaan kunnen worden uitgevoerd.

Chip
Nieuw onderzoek brengt de bouw van deze superkrachtige computer een stap dichterbij: wetenschappers hebben een kwantumcomputerchip ontworpen. Hierbij maken ze gebruik van al bestaande computertechnieken om deze chip te bouwen. Daardoor kan de kwantumcomputerchip bijna helemaal worden gemaakt met behulp van de huidige industriële processen. “We denken vaak dat de maanlanding het grootste technologische wonder van de mensheid is,” zegt mede-ontwikkelaar Prof. Andrew Dzurak. “Maar het bouwen van een chip met miljarden apparaten die met elkaar samenwerken – en die je in je broekzak kunt dragen – is een verbazingwekkende technische prestatie.”

Vraagstukken
Op dit moment is het nog onmogelijk om de lastigste vraagstukken van deze wereld op te lossen. Dat komt omdat de bestaande computers op dit moment niet snel genoeg zijn om een reeks berekeningen te doen. Een kwantumcomputer kan meerdere reeksen tegelijk uitvoeren, waardoor oplossingen voor uitdagende problemen misschien wel binnen enkele dagen – of zelfs uren – gevonden kunnen worden. En dat, terwijl een supercomputer van vandaag de dag daar mogelijk miljoenen jaren aan zal spenderen.

Qubits
Maar om complexe problemen op te lossen, heeft een bruikbare kwantumcomputer een groot aantal samenwerkende rekeneenheden – ofwel qubits – nodig, waarschijnlijk enkele miljoenen. “Om deze samenwerking te bewerkstelligen moeten we de qubits samenvoegen. Dat is wat we met dit nieuwe ontwerp willen bereiken,” zegt hoofdonderzoeker dr. Menno Veldhorst. Alleen zijn alle soorten qubits die we op dit moment kennen erg kwetsbaar. Zelfs de kleinste afwijking kan leiden tot een foute uitkomst. “Daarom moeten we correctiecodes gebruiken die uit meerdere qubits bestaan om een enkel gegeven te bewaren,” zegt Dzurak. “Ons ontwerp maakt gebruik van een nieuw type correctiecode, specifiek gemaakt voor de spin qubit. Dit is een eerste stap om de miljoenen qubits samen te voegen in een enkele computerchip.”

“We verwachten dat er nog wel enkele aanpassingen aan dit ontwerp nodig zullen zijn als we over willen gaan tot de productie ervan,” gaat Dzurak verder. “Maar alle belangrijke componenten die nodig zijn voor quantum computing zijn hier aanwezig in één chip.” Het plan is om tegen 2022 een prototype te ontwikkelen. De eerste stap in het bouwen van ’s werelds eerste kwantumcomputer.