Onderzoekers hebben een belangrijke stap gezet richting praktisch bruikbare quantumcomputers door een innovatieve methode te ontwikkelen die een van de grootste obstakels in de technologie aanpakt. Een team van wetenschappers toonde aan dat zogenaamde 'lattice surgery' kan worden gebruikt om quantumbewerkingen uit te voeren terwijl fouten continu worden gecorrigeerd, sciencedaily.com.
Het fundamentele probleem waar quantumcomputers mee kampen is decoherentie — een proces waarbij de uiterst gevoelige quantumtoestanden verstoord raken door externe invloeden. Deze verstoringen manifesteren zich als bit flips, waarbij een qubit onverwacht wisselt tussen '0' en '1', of als fase flips, waarbij de fase van een quantum superpositie plotseling omkeert. Zelfs een enkele fout kan een volledige berekening verstoren.
Bescherming tijdens berekeningen
Tot nu toe konden quantumcomputers wel informatie beschermen tijdens opslag door meerdere fysieke qubits te combineren tot één logische qubit met continue foutcorrectie. Het grote probleem ontstond echter tijdens het uitvoeren van berekeningen: zodra onderzoekers bewerkingen wilden uitvoeren, moesten ze de bescherming tijdelijk uitschakelen, waardoor fouten zich konden nestelen.
De nieuwe aanpak lost dit dilemma op door lattice surgery toe te passen — een techniek waarbij een beschermde qubit veilig kan worden gesplitst in twee verstrengelde qubits zonder de controle te verliezen. sciencedaily.com dat dit mogelijk is terwijl de foutcorrectie actief blijft, een cruciale vooruitgang voor het opschalen van quantumsystemen naar werkelijk krachtige machines.
Parallelle ontwikkelingen in neutral-atom systemen
Naast deze doorbraak in foutcorrectie zijn er ook significante vorderingen geboekt in neutral-atom quantumcomputers. livescience.com hebben onderzoekers een geometrie-gebaseerde quantum swap gate ontwikkeld die deze systemen veel minder gevoelig maakt voor laserruis — een van de belangrijkste bronnen van fouten in dit type quantumcomputer.
Neutral-atom quantumcomputers gebruiken individuele atomen die worden vastgehouden en gemanipuleerd met lasers. Het voordeel van deze benadering is dat atomen identiek zijn en goed kunnen worden gecontroleerd, maar de precisie van de lasers was tot nu toe een beperkende factor. De nieuwe techniek vermindert de gevoeligheid voor kleine variaties in de laserintensiteit, waardoor betrouwbaardere bewerkingen mogelijk worden.
Snellere quantumtoestanden
In een aparte studie aan de Universiteit van Oxford ontdekten natuurkundigen een nieuwe vorm van quantumbeweging in een enkel gevangen atoom. earth.com demonstreerde Dr. Oana Băzăvan een zeldzame vierde-orde vorm van quantum squeezing, genaamd quadsqueezing, die meer dan 100 keer sneller ontstaat dan met conventionele lasertechnieken mogelijk was.
Deze snelheid is cruciaal omdat kwetsbare quantumtoestanden kunnen vervagen voordat langzamere technieken de gewenste toestand hebben opgebouwd. De onderzoekers bereikten dit door twee gecontroleerde laserkrachten te combineren die op hetzelfde ion inwerken, waarbij hun gecombineerde effect verschilt afhankelijk van de volgorde waarin ze worden toegepast — een quantummechanisch verschijnsel dat non-commutativiteit wordt genoemd.
Implicaties voor de toekomst
Deze ontwikkelingen komen op een moment dat de quantumcomputing-industrie worstelt met het opschalen van systemen naar praktisch bruikbare groottes. quantamagazine.org dat onderzoekers werken aan het verminderen van het aantal qubits en de tijd die nodig is om complexe problemen op te lossen, waaronder cryptografische uitdagingen.
De combinatie van verbeterde foutcorrectie, verminderde gevoeligheid voor ruis en snellere methoden om quantumtoestanden te creëren, brengt de realisatie van grootschalige, stabiele quantumprocessors dichterbij. nature.com publiceerden onderzoekers recent een fouttolerante neutral-atom architectuur voor universele quantumberekeningen, wat aantoont dat verschillende benaderingen convergeren naar praktische oplossingen.
Hoewel volledig functionele quantumcomputers die klassieke computers overtreffen nog niet beschikbaar zijn, tonen deze doorbraken aan dat de technische obstakels systematisch worden aangepakt. De komende jaren zullen cruciaal zijn om te bepalen of deze laboratoriumsuccessen kunnen worden vertaald naar commercieel beschikbare systemen die complexe problemen in materiaalkunde, geneesmiddelenontwerp en cryptografie kunnen oplossen.