Andrea Morello (afb: UNSW)

Als je dat leest, dan denk je misschien: Nou, dat is niet best, maar de onderzoekers waren zeer tevreden met die 99% nauwkeurigheid. “Als het aantal fouten zo klein is dan kun dan kun je die corrigeren als ze zich voordoen”, zegt Andrea Morello van de universiteit van Nieuw-Zuid-Wales in Sidney.
Al jaren wordt hoog opgegeven van de mogelijkheden die een kwantumcomputer heeft boven het ‘ordinaire’, binaire rekentuig, maar voorlopig heeft de kwantumvariant die kwaliteit nog niet bewezen. Kwantummechanica kampt met onzekerheid en daardoor de kwantumcomputer ook.
Het artikel van Morello en de zijn is een van drie artikelen in Nature waarin zonneklaar en onafhankelijk van elkaar nauwkeurigheden van meer dan 99% worden berekend voor, de relatief kleine, systemen van een, twee en drie kwantumbits. Voor een 1-bitsysteem kwamen Morello c.s. uit op 99,95%. In Delft behaalde een groep rond Lieven Vandersypen 99,87% voor een 1-bitsysteem en 99,65% vaan een tweebitssysteem. Bij RIKEN in Japan kwamen Seigo Tarucha ook ruim boven de 99% door elektronspins te gebruiken in kwantumstippen van silicium en silicium/germaniem.

Eerder hadden Morello al aangetoond dat het mogelijk is om kwantuminformatie voor ten minste 35 seconden te bewaren door de kwantumbits (in dit geval kernspins) uitzonderlijk goed van hun (in principe) storende omgeving te isoleren. “Ter vergelijking: die superkwantumcomputers van Google en IBM kwamen niet verder dan 100 microseconden, bijna een miljoen maal korter”, zegt hij.

Opgelost (?)

De onderzoekers schrijven in hun artikel hoe ze dat probleem voor kwantumcomputers hebben opgelost. “Als je twee kernen hebt die een elektron gemeen hebben dan kan je een kwantumbewerking uitvoeren”, zegt medeonderzoeker Mateusz Mądzik. “Als je dat elektron niet gebruikt dan slaan die twee atomen de kwantuminformatie veilig op, maar nu heb je de optie om de kernen met elkaar via het elektron te laten communiceren om universele kwantumbewerkingen mogelijk te maken.”
Dat zou een uitweg uit het ’tranendal’ van de kwantumrekenaar zijn, vinden de onderzoekers zelf. “De kernspins vormen het hart van de kwantumcomputer”, zegt Serwan Asaad. “Als je die verstrengeld met het elektron, dan kan dat naar elders worden getransporteerd en verstrengeld worden met een andere kwantumbit/kern. Daarmee open je de weg om hele reeksen van kwabits te maken die in staat zijn om robuust en nuttig rekenwerk te doen.”

De fosforatomen die onderzoekers als onderdeel van de kwantumbits gebruikten werden via ionimplantering in de siliciumplak gebracht. Dat zou een bestaande techniek zijn, waardoor de kwantumcomputer dicht bij de praktijk komt.

In het algemeen gebruiken computers, ook de huidige, foutcorrecties, maar de wetten van de kwantummechanica stellen daarbij zo hun eisen aan de manier waarop dat gebeurt. Morello: “Je moet minder dan 1% fouten hebben om die protocollen te kunnen gebruiken. Nu we dat doel bereikt hebben kunnen we met silicium kwantumcomputers ontwerpen die je kunt opschalen en die betrouwbaar genoeg werken om nuttig werk te doen.”

Bron: Science Daily