Kwantumcomputers bestaan, maar hun instabiliteit vormt een grote uitdaging voor de bruikbaarheid. Hoge foutpercentages zorgen er momenteel voor dat deze revolutionaire technologie zijn volledige potentieel niet bereikt. Recente wetenschappelijke vooruitgang suggereert echter dat oplossingen binnen handbereik kunnen zijn.
De uitdaging van kwantumfouten
Traditionele computers ondervinden ook fouten, maar beproefde redundantietechnieken corrigeren deze. Kwantummechanica maakt dit ingewikkeld: informatie kan niet worden gedupliceerd, dus foutcorrectie is afhankelijk van het verspreiden van gegevens over verstrengelde qubits (het kwantumequivalent van bits). Deze groepen qubits worden logische qubits genoemd, en het optimaliseren van hun constructie is van cruciaal belang.
Het kernprobleem is het grote aantal fysieke qubits dat nodig is om één betrouwbare logische qubit te creëren, waardoor kwantumcomputers duur en moeilijk te bouwen zijn. Maar doorbraken veranderen dit.
Nieuwe benaderingen voor foutreductie
Onderzoekers van de International Quantum Academy in China hebben onlangs aangetoond dat slechts twee supergeleidende qubits in combinatie met een resonator een grotere, stabielere qubit kunnen creëren die fouten zelf corrigeert. Bovendien kunnen drie van dergelijke qubits met elkaar worden verstrengeld om rekenkracht op te bouwen zonder nieuwe fouten te introduceren.
Robert Schoelkopf van Yale University merkt op: “Het is een heel opwindende tijd op het gebied van foutcorrectie. Voor het eerst maken theorie en praktijk echt contact.” Zijn team heeft ook aangetoond dat fundamentele kwantumbewerkingen kunnen worden uitgevoerd met extreem lage foutenpercentages – zo zeldzaam als één fout op een miljoen bewerkingen.
Gelaagde bescherming en geoptimaliseerde algoritmen
Zelfs met deze verbeteringen zullen sommige fouten onvermijdelijk doorglippen. Arian Vezvaee van Quantum Elements en zijn collega’s hebben een gelaagde aanpak getest: het actief houden van qubits met elektromagnetische pulsen voorkomt corruptie en handhaaft een stabiele verstrengeling.
Ook de specifieke manier waarop qubits worden gecombineerd, is van belang. David Muñoz Ramo van Quantinuum ontdekte dat zeer nauwkeurige berekeningen (zoals het bepalen van de laagste energietoestand van een waterstofmolecuul) meer vereisen dan alleen eenvoudige foutcorrectie. Basismethoden zijn niet voldoende.
Wat dit betekent voor de toekomst
Kwantumfoutcorrectie is nog steeds in ontwikkeling. James Wootton van Moth Quantum zegt: “We bevinden ons nog steeds in een fase waarin onderzoekers leren hoe alle stukjes foutcorrectie in elkaar passen.” Desondanks beginnen de fundamenten voor betrouwbare kwantumcomputing zichtbaar te worden.
De toekomst van quantum computing hangt af van het oplossen van dit foutenprobleem. Voortdurende innovatie maakt die toekomst plausibeler, ook al blijft een volledig foutloze werking een verre doelstelling.
