De betrouwbaarheid van quantumcomputers hangt sterk af van de precisie waarmee informatie wordt verwerkt, een eigenschap die bekendstaat als 'fidelity'. Een aanzienlijke hindernis bij systemen die gebruikmaken van neutrale atomen is de ongewenste beweging van deze atomen binnen optische pincet-arrays. Deze motie veroorzaakt vaak fouten tijdens operaties, wat de stabiliteit van complexe berekeningen in gevaar brengt.
Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers Christopher W. Wächtler en Frederic Hummel een methode ontwikkeld waarbij collectieve dissipatie wordt ingezet om de beweging van quantumsystemen te synchroniseren. Volgens een publicatie op arxiv.org van 11 november 2026 kunnen deze motionele correlaties fouten effectief onderdrukken bij zogenaamde twee-qubit gates die gebruikmaken van de Rydberg-blokkade. De wetenschappers stellen dat de onnauwkeurigheid van een gate primair wordt beïnvloed door de bezetting en de correlaties van de beweging van de betrokken atomen, ongeacht welk specifiek gate-protocol er wordt toegepast.
In hun onderzoek maakten de wetenschappers gebruik van gesynchroniseerde quantum van der Pol-oscillatoren en gecorreleerde thermische toestanden. De resultaten tonen aan dat motionele correlaties de onnauwkeurigheid van de gates aanzienlijk verminderen in vergelijking met onafhankelijke thermische atomen bij een eindige temperatuur. Deze ontdekking suggereert dat atoomcorrelaties een cruciale hulpbron kunnen zijn voor het realiseren van high-fidelity gates, wat bovendien kansen biedt voor de ontwikkeling van analoge quantumsimulatoren.
Naast het beheersen van de atoombeweging wordt er ook gekeken naar de invloed van de externe omgeving. Een andere benadering richt zich op het gebruik van cryogene atoomarrays om de effecten van zwarte-stralingsinductie te minimaliseren. In een studie van onder meer Junlan Jin en Waseem S. Bakr, te vinden op arxiv.org, wordt beschreven hoe cryogene omgevingen de overgangssnelheden die door straling worden veroorzaakt, met meer dan een factor tien kunnen onderdrukken. Tijdens experimenten met een $^{133}$Cs-atoomarray werd hiermee een single-qubit gate fidelity van 99,970% bereikt, terwijl de raw two-qubit entangling-gate fidelity op 99,76% uitkwam.
Deze ontwikkelingen passen in een bredere trend waarbij steeds hogere precisie-records worden gevestigd in de zoektocht naar fouttolerante quantumcomputing. Zo meldt quantumnews.in dat een team van het Max Planck Institute for Quantum Optics een record-fidelity van 99,86% heeft behaald. Dit resultaat werd behaald door gebruik te maken van neutrale strontium-atomen in Rydberg-toestanden en wordt beschouwd als een belangrijke stap richting praktische toepassingen.
De noodzaak voor dergelijke precisie is groot, aangezien quantumalgoritmen potentieel superieure prestaties kunnen leveren in vakgebieden zoals drugsonderzoek en materiaalkunde. Tegelijkertijd zorgt de theoretische kracht van deze machines voor zorgen over cybersecurity, waarbij huidige versleutelde data mogelijk in de toekomst ontsleuteld kunnen worden. Terwijl de academische wereld, waaronder onderzoek naar spin-qubits aan de tue.nl, focust op hardwareverbeteringen, werkt de industrie parallel hieraan aan quantum-resistente cryptografische standaarden.