Met nieuwe superchip zet Google belangrijke stap naar bruikbare quantumcomputer.

‘Willow’ heet de quantumchip die Google maandag presenteerde op een persconferentie en in vakblad Nature. De chip neemt volgens het bedrijf een cruciale horde op weg naar een grootschalige quantumcomputer.

‘Dit is echt behoorlijk indrukwekkend’, oordeelt ook fysicus Lieven Vandersypen van quantumtechnologie-instituut QuTech in Delft. Vandersypen is zelf niet betrokken bij het onderzoek.

 

Quantumcomputers zijn al jaren geen sciencefiction meer. De langgedroomde toekomstcomputer rekent met de tegendraadse natuurwetten van de quantumfysica en is daardoor – voor bepaalde toepassingen – aantoonbaar sneller dan zelfs de beste supercomputer. In diverse laboratoria worden quantumcomputers al op kleine schaal gebruikt.

Hoewel de ontwikkeling van quantumsoftware nog in de kinderschoenen staat, dromen experts van toepassingen als het ontwikkelen van medicijnen die perfect zijn toegespitst op het individu of het ontdekken van wondermaterialen die een energierevolutie kunnen ontketenen.

 

Zover is het nog niet. De beste quantumprocessoren kenden tot nog toe weliswaar steeds meer ‘qubits’, maar hadden ook allemaal een zwakke plek: ze werden rap overweldigd door opstapelende fouten en konden daarom slechts heel korte berekeningen uitvoeren.

Qubits zijn de quantumtegenhangers van de gewone bits, de nullen en enen uit klassieke computers. Dankzij de bizarre eigenschappen van de quantumfysica kunnen qubits ook nul en een tegelijk zijn. Dat is een van de redenen dat ze voor geselecteerde toepassingen zoveel sneller kunnen rekenen.

Alleen: quantuminformatie is heel kwetsbaar. Waar gewone computers fouten opsporen door van een bit te controleren of deze wel de juiste waarde heeft, is dat bij een quantumcomputer onmogelijk. Wie een qubit uitleest, sloopt zijn quantumtoestand.

 

Hulpqubits

Vandaar dat wetenschappers een omweg hebben bedacht. Ze introduceerden ‘hulpqubits’ en controleren de waarden alleen indirect. Op termijn, verwachten kenners, zullen voor die controle duizenden tot tienduizenden hulpqubits nodig zijn per enkele qubit die kan rekenen. Zo’n samengestelde qubit is dan echter wel veel langduriger beschermd tegen fouten.

Quantumcomputers met samengestelde qubits kunnen daardoor – op papier – de opstapelende fouten lang genoeg buiten de deur houden om echte, zinvolle berekeningen te doen.

Om te bewijzen dat het überhaupt mogelijk is zulke samengestelde qubits te bouwen, moesten fysici eerst aantonen dat zo’n samenwerkende qubit beter is dan de beste losse ‘gewone’ qubit.

‘Dat is moeilijk omdat al die extra qubits ook weer een mogelijke nieuwe bron van fouten kunnen zijn’, zegt Vandersypen. In de praktijk gingen grotere processoren met rudimentaire foutcorrectie daarom juist slechter rekenen.

 

Google heeft de oplossing

Google is de eerste die dat probleem nu oplost. Google programmeerde 101 qubits van de 105 qubits tellende Willowprocessor zodanig dat die 101 zich gezamenlijk gedragen als één enkele samengestelde qubit, die met een aantoonbaar lagere kans op fouten rekent dan een fysieke qubit.

Dat hun dat gelukt is, betekent dat nog grotere verzamelingen qubits de kans op fouten nóg kleiner zullen maken. Daarmee zet Google een belangrijke stap richting een bruikbare quantumcomputer.