Altera en Riverlane koppelen FPGA-chips aan kwantumfoutcorrectie

Kwantumcomputers zijn extreem gevoelig voor storingen. Een enkel trillinkje of een beetje warmte kan een berekening al verpesten. Daarom is kwantumfoutcorrectie een van de belangrijkste bouwstenen op weg naar bruikbare kwantumcomputers: systemen die voortdurend fouten opsporen en herstellen, vaak duizenden keren per seconde. Dat proces vraagt om razendsnelle, betrouwbare elektronica die de kwantumchip aanstuurt en corrigeert.

Om die elektronica te leveren, slaan chipbedrijf Altera en het Britse Riverlane de handen ineen. Altera is een van de grootste producenten van FPGA's, chips die na productie nog herprogrammeerd kunnen worden. Riverlane geldt als wereldwijd marktleider op het gebied van kwantumfoutcorrectie-software en -protocollen. Riverlane sluit zich met deze samenwerking ook aan bij het Altera Solutions Acceleration Partner Program, een netwerk van gespecialiseerde partners die klanten helpen om sneller met Altera-hardware te werken.

Data zonder vertraging tussen chip en besturing

De kern van de samenwerking is een protocol dat Riverlane zelf ontwikkelde: de QEC Interface, kortweg QECi. Dit protocol standaardiseert hoe foutcorrectiedata wordt uitgewisseld tussen het systeem dat de kwantumbits (qubits) aanstuurt en de hardware die fouten detecteert en herstelt. Riverlane heeft een ontwerpvoorbeeld van QECi nu gevalideerd op de Altera Agilex 7, een krachtige FPGA die geschikt is voor taken die veel parallelle verwerking en voorspelbare, razendsnelle reactietijden vereisen.

Belangrijk daarbij is latentie: de tijd tussen het meten van een fout en het versturen van de correctie. Hoe korter die vertraging, hoe beter een kwantumcomputer zijn fouten kan bijhouden voordat ze zich opstapelen. De Agilex 7 is uitgerust met snelle datapoorten, zogeheten transceivers, die tot 64 miljard signalen per seconde kunnen verwerken. Diezelfde chiplijn levert volgens Altera ook twee keer betere prestaties per watt dan concurrerende FPGA's die op vergelijkbare 7-nanometertechnologie zijn gebaseerd, wat in de praktijk minder stroomverbruik en warmteontwikkeling betekent.

Open source voor de hele sector

Riverlane heeft de ontwerpcode van QECi voor Altera-chips openbaar gemaakt via GitHub. Andere bedrijven en onderzoeksgroepen die met kwantumhardware experimenteren, kunnen deze code gebruiken als startpunt om hun eigen systemen te koppelen aan Agilex-chips. Dat past bij het doel van Riverlane om foutcorrectie praktisch toepasbaar te maken voor de bredere kwantumsector, in plaats van een oplossing die alleen bij één fabrikant werkt.

Farhad Shafai, vicepresident bij Altera, benadrukt dat kwantumfoutcorrectie enorme parallelle rekenkracht en voorspelbare timing vereist naarmate systemen groter worden. Marco Ghibaudi van Riverlane stelt dat een open interface als QECi ontwikkelaars een toegankelijke manier geeft om te beginnen met de integratie van besturingssystemen en foutcorrectiehardware. Riverlane demonstreert de technologie deze maand op de vakbeurs IEEE Quantum Week in Toronto, waar experts van beide bedrijven aanwezig zijn om vragen te beantwoorden.

De praktische toepassing ligt nog vooral bij onderzoekslabs en bedrijven die aan de volgende generatie kwantumcomputers bouwen. Zonder betrouwbare foutcorrectie blijven kwantumcomputers beperkt tot kleine, experimentele berekeningen. Elke stap die deze techniek sneller en toegankelijker maakt, brengt praktische toepassingen dichterbij, van medicijnontwikkeling tot materiaalonderzoek.