In de zoektocht naar stabiele quantumcomputers vormt externe straling een aanzienlijke hindernis voor supergeleidende quantumapparaten. Hoewel er voortdurend wordt gewerkt aan quantumfoutcorrectie (QEC), blijven stralingsgeïnduceerde defecten een hardnekkig probleem. Deze straling veroorzaakt vaak gelijktijdige fouten in qubits die zich op hetzelfde substraat bevinden, wat de effectiviteit van huidige correctiecodes ondermijnt.
Om dit probleem op te lossen, hebben onderzoekers Marzio Vallero, Gioele Casagranda, Flavio Vella en Paolo Rech een innovatieve cross-layer strategie ontwikkeld. Volgens een arxiv.org maakt deze methode, genaamd TETRIS-Q, gebruik van een specifiek 'planar-mesh tiling' algoritme. Deze techniek combineert het aanbrengen van fysieke phonon-barrières op het substraat met een strategische interleaving van de QEC-codes.
Een belangrijk voordeel van deze benadering is dat de implementatie geen extra rekenkracht vereist voor de uitvoering van de foutcorrectiecode en er geen extra tijd nodig is voor het decoderen. Om de effectiviteit van de methode te bewijzen, hebben de auteurs hun theorie getoetst via uitgebreide simulaties van quantumcircuits. Hierbij zijn meer dan 51 miljoen verschillende scenario's geanalyseerd om de impact van diverse configuraties van barrières en interleaving in kaart te brengen.
De resultaten van deze simulaties wijzen op een significante verbetering van de qubit-stabiliteit. Uit de data in het blijkt dat de piek van logische fouten met meer dan 99,8% kan worden teruggedrongen. Daarnaast werd vastgesteld dat het gebruik van permeabele barrières de duur van waarneembare transiënte fouten met 80% vermindert.
Ook op het gebied van fysieke implementatie biedt de techniek voordelen. De onderzoekers stellen in hun dat een minder dichte tegelstructuur (sparser tiling) prestaties levert die vergelijkbaar zijn met het individueel tegelen van qubits. Dit zou in de praktijk kunnen leiden tot een kostenbesparing van ruim 87% bij het aanbrengen van de barrières.
De effectiviteit van de gecombineerde strategie wordt duidelijk wanneer verschillende scenario's met elkaar worden vergeleken. Wanneer enkel onafhankelijke QEC-code interleaving wordt toegepast, wordt een gemiddelde reductie van de logische foutmarge met één orde van grootte gemeten. Echter, zodra deze interleaving wordt gecombineerd met de fysieke barrières, stijgt deze reductie tot wel drie orders van grootte. Dit benadrukt dat een gelaagde aanpak, waarbij zowel hardware als software worden aangepast, essentieel is om de stralingsgevoeligheid te minimaliseren.
Hoewel de naam van het algoritme doet denken aan het bekende puzzelspel waarbij blokken in een matrix worden geplaatst, is er geen technisch verband met de commerciële videogame. Waar het in een spel zoals freetetris.org draait om het strategisch roteren van Tetriminos om punten te scoren, is TETRIS-Q een technisch instrument voor de optimale positionering van barrières en qubits op een quantumchip.
De publicatie van dit onderzoek op 4 september 2026 suggereert een verschuiving in de samenwerking tussen hardware-architecten en quantumprogrammeurs. Door de focus te leggen op zowel de quantumfysica als de hardware-architectuur, wordt getracht een schaalbaar systeem te creëren dat bestand is tegen omgevingsruis.