De ontwikkeling van quantumcomputers wordt momenteel belemmerd door een fundamenteel technisch probleem: de extreme gevoeligheid voor fouten. Om bruikbare en betrouwbare berekeningen te kunnen uitvoeren, moeten de basiscomponenten van deze machines, de qubits, worden samengevoegd tot zogenaamde 'logische qubits'. Hoewel dit proces van foutcorrectie onmisbaar is voor complexe taken, vraagt dit tot nu toe een enorme hoeveelheid hardwaremiddelen.
Een van de grootste hindernissen bij dit proces is het foutvrij uitvoeren van specifieke wiskundige operaties, bekend als de "non-Clifford gates". Deze operaties zijn essentieel omdat ze de basis vormen voor algoritmen die de rekenkracht van traditionele computers ver overstijgen, wat hen bijzonder waardevol maakt voor vakgebieden zoals de cryptografie. Echter, het realiseren van deze operaties zonder fouten vereist normaal gesproken een zeer groot aantal qubits. Volgens een artikel van newscientist.com vormt dit een aanzienlijke technische barrière, aangezien het zou betekenen dat er gigantische machines gebouwd moeten worden om een minimale graad van betrouwbaarheid te waarborgen.
Om dit probleem aan te pakken, heeft een team onder leiding van Emma Rosenfeld bij Google Quantum AI gebruikgemaakt van de Willow quantumcomputer. De onderzoekers slaagden erin aan te tonen dat het correctieproces aanzienlijk efficiënter kan worden ingericht. Deze nieuwe benadering leidde tot een reductie van de fouten binnen de Willow-machine met een factor 40, wat een belangrijke stap voorwaarts is in de stabiliteit van de technologie. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd via .
De kern van deze vooruitgang ligt in de optimalisatie van de "magic state". Dit is een specifieke quantumtoestand die qubits moeten bereiken voordat de computer foutgecorrigeerde non-Clifford operaties kan uitvoeren. Rosenfeld geeft aan dat het genereren van deze toestanden voorheen een grote flessenhals was voor de gehele sector, omdat dit proces extreem veel resources verbruikte. Door dit proces te stroomlijnen, wordt de noodzaak voor massale hardware-expansie verminderd.
Deze doorbraak suggereert dat de praktische impact van quantumcomputers mogelijk sneller zal arriveren dan eerder werd voorspeld. Omdat de foutcorrectie nu efficiënter verloopt, kunnen kleinere systemen die in de nabije toekomst beschikbaar komen, mogelijk al significante resultaten boeken. De focus verschuift hiermee van het louter verhogen van het aantal qubits naar het optimaliseren van de aansturing en correctie van de bestaande hardware. De innovaties van de Quantum AI-afdeling worden voortgezet binnen de bredere technologische infrastructuur van google.be.
Hoewel de technologie nog volop in ontwikkeling is, biedt deze methode een concreet traject naar stabielere en meer toegankelijke systemen. Voor meer algemene informatie over de activiteiten van de organisatie kan men terecht op de startpagina van . De integratie van deze efficiëntere foutcorrectie in toekomstige hardwaremodellen blijft de prioriteit voor het onderzoeksteam.