Onderzoekers van Silicon Quantum Computing (SQC) hebben een nieuwe quantum computing-chip onthuld die beschikt over een ongekende nauwkeurigheid, wat een belangrijke stap markeert in de richting van praktische quantumberekeningen. Deze prestatie komt voort uit een nieuwe op silicium gebaseerde architectuur, genaamd “14/15”, die gebruik maakt van de unieke eigenschappen van fosforatomen ingebed in siliciumwafels. Deze aanpak omzeilt de uitdagingen waarmee andere kwantumplatforms worden geconfronteerd, zoals supergeleidende of gevangen-ion-systemen, door de foutpercentages op het fundamentele qubit-niveau te minimaliseren.
De 14/15-architectuur: een nieuwe benadering van Qubit-stabiliteit
De kerninnovatie ligt in de precisie waarmee deze qubits worden vervaardigd. In tegenstelling tot de traditionele productie van siliciumchips creëert het proces van SQC qubits op atomaire schaal – een featuregrootte van slechts 0,13 nanometer. Dit precisieniveau vermindert dramatisch de instabiliteit en fouten waar andere systemen last van hebben, waar qubits gevoeliger zijn voor externe verstoringen.
Het belangrijkste voordeel is efficiëntie: omdat er in de eerste plaats minder fouten optreden, is er minder overhead nodig voor foutcorrectie. Dit vertaalt zich naar een meer gestroomlijnd en schaalbaar systeem.
Recordbrekende getrouwheidspercentages
De chip van SQC heeft betrouwbaarheidspercentages aangetoond tussen 99,5% en 99,99% in een negen-nucleaire qubit en twee-atomaire qubit-computer. Deze resultaten, gepubliceerd in Nature op 17 december, vertegenwoordigen de eerste succesvolle demonstratie van atomaire, op silicium gebaseerde kwantumcomputers in afzonderlijke clusters. De betrouwbaarheidspercentages meten hoe goed foutcorrectietechnieken werken, en de cijfers van SQC zijn state-of-the-art vanwege de architectuur ervan.
Terwijl andere projecten hogere qubit-aantallen hebben, richt de aanpak van SQC zich op kwaliteit boven kwantiteit. Dit komt omdat schaalbaarheid is ingebouwd in het ontwerp: de 14/15-architectuur maakt theoretisch miljoenen functionele qubits mogelijk zonder de exponentiële foutgroei die wordt gezien bij concurrerende platforms.
Waarom dit ertoe doet: de race naar fouttolerantie
Kwantumcomputers zijn afhankelijk van het lang genoeg in stand houden van fragiele kwantumtoestanden (superpositie) om berekeningen uit te voeren. Fouten treden onvermijdelijk op als gevolg van omgevingsgeluid, waardoor qubits instorten en informatie verloren gaan. Dit is de reden waarom foutcorrectie van cruciaal belang is, maar er zijn kosten aan verbonden: het inzetten van extra qubits om fouten te controleren en te beperken.
De architectuur van SQC minimaliseert deze fouten bij de bron, waardoor de noodzaak voor uitgebreide foutcorrectie wordt verminderd. Dit is een gamechanger omdat naarmate het aantal qubits toeneemt, ook de overhead die nodig is voor foutcorrectie toeneemt. Door het basisfoutpercentage te verlagen, vermindert SQC die last, waardoor grootschalige kwantumcomputers haalbaarder worden.
De benchmark verslaan: het algoritme van Grover
De industriestandaard voor het testen van de prestaties van kwantumcomputers is het algoritme van Grover, een zoekfunctie die is ontworpen om kwantumvoordeel ten opzichte van klassieke computers aan te tonen. SQC behaalde een betrouwbaarheidspercentage van 98,9% op het algoritme van Grover zonder foutcorrectie. Daarmee overtrof het de resultaten van IBM en Google, die zelfs bij grotere qubit-aantallen nog steeds afhankelijk zijn van foutbeperking.
Dit geeft aan dat de qubits van SQC inherent stabieler zijn en minder rekenkracht vereisen om de samenhang te behouden. Hoewel er uitdagingen op het gebied van de infrastructuur blijven bestaan, gelooft het team dat hun platform klaar is om op te schalen naar miljoenen qubits, terwijl het stroomverbruik en de fysieke systeemgrootte worden geminimaliseerd.
De ontwikkeling van deze chip is een cruciale stap in het realiseren van quantum computing, en niet slechts een theoretische mogelijkheid. Door prioriteit te geven aan nauwkeurigheid boven brute-force qubit-schaling, maakt SQC de weg vrij voor fouttolerante QPU’s die een revolutie teweeg kunnen brengen in vakgebieden als de geneeskunde, materiaalkunde en kunstmatige intelligentie.
