Een kwantumchip met 20 regelbare en meervoudig te verstrengelen kwantumbits van de uni van Wenen (afb: univ. va n Wenen)

Laten we nog maar even aannemen dat kantumcomputers wondermachines zijn, maar vooralsnog kampen onderzoekers op dit terrein met grote problemen, waarvan instabiliteit lang niet de enige is. Nu zou het onderzoekers gelukt zijn een kwantumchip met maar liefst twintig kwantumbits te hebben gemaakt, waarbij kwantumbits onderlinge, meervoudige verstrengeling vertoonden. Het zou de grootste kwantumchip zijn met stuurbare kwantumbits, waarbij meervoudige verstrengeling is aangetoond. 

Verstrengeling is een van die ‘bezopen’ eigenschappen uit de kwantummechanica. Dat betekent dat twee of meer deeltjes zo aan elkaar ‘gekluisterd’ zijn dat de verandering van de kwantumtoestand van het ene ‘automatisch’ leidt verandering van de kwantumtoestand van het verstrengelde deeltje (of deeltjes) dat zich op grote afstand kan bevinden (zeker in microtermen).
Dan hebben we nog zoiets ‘belachelijks’ als de superpositie: kwantumdeeltjes kunnen zich tegelijkertijd in verschillende toestanden bevinden, dus niet een of nul, om maar wat te noemen, maar een én nul. Die superpositie wordt verbroken als de kwantumtoestand van zo’n deeltje wordt gemeten (meten is in deze dus niet weten). De rekenkracht in de kwantumcomputers moet worden toegeschreven aan die superpositie. Een kwantumcomputer kan, in theorie, massief parallel werken (tegelijkertijd berekeningen uitvoeren).

Probleem is de instabiliteit. Tot nu toe zijn er kwantumsystemen geconstrueerd met maar een paar kwantumbits, in essentie vaak afzonderlijke elektronen of atomen, en dat schiet natuurlijk niet echt op.

20 kwantumbits

De jacht is op meer en die moeten natuurlijk ook nog beheersbaar kunnen samenwerken, anders is het: dag kwantumrekentuig, het idee was aardig, maar de praktijk te weerbarstig! Het is vooral moeilijk verstrengeling te verwezenlijken tussen zo veel mogelijk kwantumbits.
“Er zijn kwantumsystemen van uiterst koude gaswolken waar verstrengeling is aangetoond”, zegt Nicolai Friis van de universiteit van Wenen, “maar die kunnen niet afzonderlijk gelezen of gestuurd worden.”
Friis en zijn medeonderzoekers schijnen het nu voor elkaar te hebben met twintig kwantumbits. De kwantumbits verstrengelen zich met twee, drie of zelfs vier buurbits.
Zo’n bit is in feite een calciumatoom dat in een ionenval wordt vastgezet. Verstrengeling tussen buuratomen realiseerden de onderzoekers met behulp van lasers. “Eerst werden ze paarsgewijs verstrengeld”, zegt medeonderzoeker Ben Lanyon. “Vervolgens hebben we methoden ontwikkeld om drielingen, vierlingen en een enkele vijfling te verstrengelen.”

Het schijnt nog niet eenvoudig te zijn die meerdeeltjesverstrengeling aan te tonen. Friis: “We moesten eerst een manier vinden om die meerdeeltjesverstrengeling aan te tonen.” Uiteindelijk is ze dat toch gelukt. Hoe meer deeltjes hoe complexer de methode en hoe groter het rekenwerk. Daarom zijn ze ook bij het aantonen van een vijflingverstrengeling gestopt.
Friis: “We zijn nu in staat om elke kwantumbit afzonderlijk te adresseren en uit te lezen.” Die twintig kwantumbits is niet hun einddoel. De onderzoekers mikken op 50 kwantumbits. “Daarmee zouden we problemen kunnen oplossen waar de beste supercomputers nu niet toe in staat zijn”, stelt medeonderzoeker Rainer Blatt. De onderzoekers denken dat ook hun methoden om meerdeeltjesverstrengeling aan te tonen bredere toepassing zal vinden

Bron: bdw