De TU Delft en TNO zeggen een belangrijke stap dichter bij een werkende quantumcomputer te zijn gekomen. Beide instellingen, samenwerkend in Qutech, zijn er met hulp van Intel in geslaagd om qubits in silicium aan te sturen bij een 'werkbare' temperatuur. Deze ligt niet meer direct bij het absolute nulpunt van -273 graden Celsius.
Hoewel de toename naar 1,1 graden boven dat nulpunt op het eerste gezicht klein lijkt, is volgens de onderzoekers sprake van een doorbraak. De hogere temperatuur opent de mogelijkheid om qubits (quantum bits) en de aansturende elektronica te integreren op één standaardchip. Qubits zijn de essentiële bouwstenen van een toekomstige quantumcomputer.
De onderzoekers publiceren hun bevindingen vandaag in het gezaghebbende Britse natuurwetenschappelijke tijdschrift Nature. Volgens hoofdonderzoeker Menno Veldhorst is die relatief hoge temperatuur een belangrijk punt. Het betekent dat schaalbare qubits thans onder meer praktische omstandigheden kunnen opereren. Tegelijk zijn ze compact en coherent.
Quantum-informatie die is opgeslagen in qubits wordt snel onbruikbaar, tenzij de qubits worden afgekoeld tot dicht bij het absolute nulpunt (-273 graden Celsius, of 0 Kelvin). Daarom functioneren qubits normaal gesproken in speciale ‘koelkasten’; maar ze worden daarbij nog wel aangestuurd door conventionele elektronica die gewoon op kamertemperatuur werkt.
Deze scheiding van qubits en elektronica geeft problemen bij het opschalen van het aantal qubits. Nu is immers voor iedere qubit een aparte kabel nodig naar de aansturende elektronica. Dat is niet meer haalbaar bij de miljoenen qubits die nodig zijn voor een werkende quantumcomputer. ‘De status van quantumtechnologie is vergelijkbaar met de klassieke technologie in de jaren vijftig van de vorige eeuw. In die tijd moest elke component aan elkaar gesoldeerd worden en dat werd onuitvoerbaar voor de steeds groter wordende elektrische circuits,’ vervolgt Veldhorst. De oplossing toen bleek het integrated circuit, die het mogelijk maakte om de componenten op een chip te bouwen. Deze technologie heeft er voor gezorgd dat er nu wel miljarden transistoren op een chip kunnen zitten. De uitdaging is dus om een quantum integrated circuit te maken, maar dan moeten de qubits en de aansturende elektronica wel op dezelfde temperatuur kunnen werken.
Vacuüm
Het Delftse Qutech boekt vorderingen bij het bereiken van een temperatuur waar zowel de qubits als de elektronica functioneren. Volgens Luca Petit, promovendus bij QuTech, is een enorme sprong gemaakt als het gaat om de beschikbare koelingscapaciteit. Bovendien hoeven de qubits bij deze temperaturen niet meer in vacuüm te werken, maar kunnen ze ondergedompeld worden in een vloeistof. Petit: ‘Dat maakt alles veel praktischer.’
Anderzijds is het ook gelukt de elektronica bij een lagere temperatuur te laten werken. Zo heeft QuTech recent samen met Intel een chip geproduceerd die qubits kan controleren op lage temperatuur.
