Het stille probleem in de kwantumcomputerwereld
Oké, hier is iets wilds: kwantumcomputers kunnen in theorie problemen oplossen die voor gewone computers langer zouden duren dan de leeftijd van het universum. Maar er is een haakje — en dat is een grote.
Deze machines zijn ongelooflijk fragiel. Ze vallen uiteen bij de minste verstoring. We hebben het over iets zo subtiel als elektromagnetische interferentie van je telefoon of zelfs losse elektrische ladingen die in de omgeving rondzweven.
Denk aan het proberen van een perfecte handstand op een stuiterende trampoline terwijl iemand je willekeurige getallen in je oor fluistert. Zo ziet kwantumcomputing er van binnenuit uit.
Maak kennis met de qubit van superfluid helium
Onderzoekers aan de Universiteit van Surrey hebben onlangs iets fascinerends gepubliceerd. Ze hebben een volledig nieuw soort qubit ontworpen — de basiseenheid van kwantuminformatie — met behulp van zogenoemde superfluid helium-3.
Superfluid helium is al behoorlijk vreemde materie. Het is helium dat is afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt, waar het een vloeistof wordt die kan stromen zonder enige wrijving. Het kruipt muren op, ontsnapt uit containers en gedraagt zich op manieren die fysici nerdy van enthousiasme maken.
Maar hier komt het echt slimme deel: deze superfluid helium is ladingsneutraal. In tegenstelling tot de supergeleidende qubits die vandaag de dag in de meeste kwantumcomputers worden gebruikt, draagt het geen elektrische lading.
Weet je hoe je haar aan een ballon plakt door statische elektriciteit? Dat is elektrische lading die voor problemen zorgt. Dezelfde soort interferentie verstoort de huidige kwantumcomputers constant. Door gebruik te maken van iets met nul lading, gelooft het team van Surrey dat hun ontwerp deze problemen van nature kan omzeilen.
Ze noemen hun creatie het SHOQ-apparaat — wat eerlijk gezegd klinkt als een superheld of een bijzonder agressieve fitnessprogramma. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, als je het je afvraagt.)
Waarom 100 keer minder fouten ertoe doet
De onderzoekers hebben berekend dat hun ontwerp fouttarieven zou kunnen hebben die ongeveer 100 keer lager liggen dan bij huidige supergeleidende qubits.
Laat me dat in perspectief plaatsen. Stel je voor dat je een bericht probeert te typen, maar 1 van elke 100 karakters verandert willekeurig. Vervelend, toch? Stel je nu voor dat slechts 1 van elke 10.000 karakters verandert. Dat is het verschil.
Dit is enorm belangrijk voor schaalbaarheid — het vermogen om grotere en krachtigere kwantumcomputers te bouwen. Op dit moment maakt het toevoegen van meer qubits aan een systeem de foutenbeheersing exponentieel moeilijker. Het is als proberen te jongleren terwijl je meer ballen toevoegt; uiteindelijk valt er iets.
Als het SHOQ-apparaat ook maar in de buurt komt van wat de wiskunde voorspelt, kan dit de hele roadmap voor kwantumcomputing veranderen.
Geen vervanging — een teamgenoot
Hier is iets wat ik geweldig vind aan dit onderzoek: het team stelt niet voor dat superfluid helium de bestaande kwantumhardware zal vervangen. In plaats daarvan zien ze verschillende qubit-types samenwerken.
Dr. Eran Ginossar verwoordde het mooi: "We hebben niet per se één type qubit nodig om alles te doen."
Stel je een kwantumcomputer voor waar supergeleidende qubits de rekenwerkzaamheden doen terwijl superfluid helium qubits informatie veilig opslaan — als kwantugeheugen. Elk doet wat het het beste kan.
Deze hybride aanpak voelt realistisch. We wachten niet op één perfecte technologie die ons allemaal redt; we bouwen een team van specialisten.
Wat er hierna gebeurt?
Het team bouwt nu een prototype om te testen of deze voorspellingen in de echte wereld standhouden. Ze zullen de dingen extreem koud moeten houden — maar dat is in andere experimenten met superfluid helium-3 al eerder gedaan.
Een leuk detail: Professor Jens Koch van Northwestern University, die hielp bij de ontwikkeling van de transmon-qubit (een van de meest gebruik