N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
Quantumcomputers Quantumcomputers zijn heel gevoelig voor fouten. Een goed correctiemechanisme is daarom noodzakelijk.
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/images/gn4/stripped/data97097395-526069.jpg)
Foto Google
Wie een grote, nuttige quantumcomputer wil bouwen, kan niet zonder foutencorrectie. In een experiment hebben onderzoekers van het Google Quantum AI-onderzoekslab aangetoond dat hun foutencorrectiesysteem werkt en dat het beter wordt als je het groter maakt. Zo’n schaalbaar foutencorrectiesysteem is essentieel voor de ontwikkeling van toekomstige quantumcomputers.
Quantumcomputers beloven bepaalde taken veel sneller uit te voeren dan huidige computers en vraagstukken op te lossen die nu nog buiten ons bereik liggen. Dat is mogelijk dankzij hun bouwstenen: quantumbits (qubits), die niet enkel één óf nul zijn, zoals ‘gewone’ computer-bits, maar ook een combinatie daarvan.
Om een nuttige quantumberekening uit te voeren moet elke qubit miljarden stappen doorlopen. Als daarin fouten optreden klopt het antwoord niet. Onderzoekers denken dat het niet mogelijk is om volledig foutbestendige qubits te maken, omdat ze zo kwetsbaar zijn dat zelfs kleine verstoringen tot fouten leiden. Daarom is quantum-foutencorrectie essentieel.
Onderzoekers bij Google Quantum AI hebben nu een correctiemethode (surface code of oppervlaktecode) gedemonstreerd met tientallen qubits. Bovendien tonen ze voor het eerst aan dat het foutenpercentage daalt naarmate je meer qubits gebruikt voor de correctie. Hun resultaten verschenen woensdag in Nature.
Onleesbaar bericht
Bij deze foutencorrectiemethode wordt een quantumbit aan informatie verspreid over meerdere fysieke qubits. Die verzameling van fysieke qubits representeert één zogeheten ‘logische qubit’ aan informatie.
Het is te vergelijken met foutencorrectie voor gewone bits. Als je een één wilt doorgeven dan kun je drie fysieke bits gebruiken: drie enen. Word téén bit foutief een nul, dan bestaat de meerderheid nog steeds uit enen en weet de ontvanger dat het om een één gaat. Met vijf bits kunnen er onderweg twee fouten optreden terwijl de meerderheid enen blijft. Hoe meer bits, hoe meer fouten er kunnen optreden zonder dat je bericht onleesbaar wordt. En hoe foutbestendiger je fysieke bits, hoe minder je er nodig hebt voor een goedwerkende logische bit.
Volgens dat principe maakten de onderzoekers ook een foutencorrectie voor quantumbits. Het foutenpercentage van de vijf-bij-vijf logische qubit bleek iets lager (2,914 procent) dan die van de drie-bij-drie (3,028 procent). „Dat is een kleine verbetering, maar het is voor het eerst dat de foutencorrectie beter werd in plaats van slechter bij het opschalen”, vertelt Hartmut Neven van Google Quantum AI.
„Het is een heel mooie technische mijlpaal die laat zien dat foutencorrectie, wat hét fundament van een quantumcomputer is, kan werken”, zegt Tim Taminiau van onderzoeksinstituut QuTech. „Maar voor een grootschalige, nuttige quantumcomputer moet het beter. Voor een voldoende laag foutenpercentage zou je nu namelijk bijna een oneindige hoeveelheid fysieke qubits nodig hebben.”
De Google-onderzoekers beamen dat de kwaliteit van de fysieke qubits nog een factor 10 tot 100 beter moet, om een voldoende laag foutenpercentage te bereiken.
