Het Delftse QuTech heeft samen met Intel een chip voor de aansturing van qubits ontwikkeld en getest die bij extreem lage temperaturen functioneert. Quantumcomputers die met conventionele chiptechnologie werken, komen daarmee een flinke stap dichterbij.

Het resultaat verscheen afgelopen week in het wetenschappelijke toptijdschrift Nature.


Qubits

De ‘qubits’ waarmee een quantumcomputer werkt, zijn bits die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen zijn. Die bijzondere toestand maakt het mogelijk sommige berekeningen veel sneller te doen dan met een gewone computer.

Maar om daar echt iets aan te hebben, moeten quantumcomputers eerst nog een stuk groter worden dan ze nu zijn. Om dat mogelijk te maken werken QuTech en Intel samen aan qubits die in traditionele chips van silicium zitten.

 

De Horse Ridge-chip gemonteerd op een printplaatje. Het ‘bevroren’ effect is door de fotograaf toegevoegd.
Foto Marieke de Lorijn/QuTech


Doorbraak

Ze willen quantumcomputers net als gewone computers helemaal uit chips opbouwen, waardoor opschalen naar grotere apparaten gemakkelijker wordt. Kort geleden rapporteerde QuTech nog een doorbraak op qubitgebied.

Maar een obstakel voor een dergelijke quantumcomputer was dat qubits alleen werken bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (–273 graden Celsius), terwijl de controllerchip die ze aanstuurt bij kamertemperatuur draait. Daardoor heeft elke qubit een eigen draadje nodig voor de verbinding met de controller.


Transistor

‘Voor een quantumcomputer die bijvoorbeeld uit miljoenen qubits bestaat, zijn al die draadjes veel te onpraktisch’, zegt onderzoeksleider prof. Lieven Vandersypen van QuTech (een samenwerkingsverband van de Technische Universiteit Delft en TNO). ‘De controller moet daarom naast de qubitchips zitten, in dezelfde zeer koude koelkast.’

Maar een traditionele controller zou in die kou niet meer werken. ‘De onderdelen doen het op zich nog wel, maar ze krijgen andere eigenschappen. De spanning waarbij een transistor schakelt, verandert bijvoorbeeld. Daardoor doet de chip niet meer wat hij moet doen.’


Kamertemperatuur

Door rekening te houden met het veranderde gedrag van de onderdelen, wisten de onderzoekers een controller te ontwerpen die juist bij –270 graden Celsius optimaal werkt en die 128 qubits aan kan sturen. Ze vernoemden hem naar de Horse Ridge, het koudste gebied in de Amerikaanse staat Oregon, waar het laboratorium van Intel staat.

De Horse Ridge-chip is nu voor het eerst uitgebreid getest op zijn vermogen om qubits aan te sturen. Daarbij werd hij direct vergeleken met een bij kamertemperatuur werkende controller.


Betrouwbaar

Bij het aansturen van qubits haalden beide chips een betrouwbaarheid van 99,7 procent. ‘Dat het niet nog meer is, ligt overigens niet aan de controllers, maar aan de qubits’, zegt Vandersypen.

Aangesloten op twee qubits voerde de Horse Ridge-chip daarnaast met succes een quantumberekening uit.


Tekst: Timo Können
Foto boven: Het team dat de Horse Ridge-chip ontwikkelde. Midden vooraan houdt Lieven Vandersypen de chip vast. Credit: Ernst de Groot/QuTech