Duits bedrijf bouwt kwantumcomputer die op kamertemperatuur werkt en zo in het stopcontact kan

De meeste kwantumcomputers van bedrijven als IBM en Google moeten worden gekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Dat vraagt om dure koelinstallaties en voortdurend toezicht. Saxon Q, een startup verbonden aan de universiteit van Leipzig, laat nu zien dat het ook anders kan. Hun machine werkt op kamertemperatuur en kan simpelweg in een standaard serverrek worden geschoven en op wisselstroom worden aangesloten, net als een gewone computer.

Een foutje in de diamant als rekeneenheid

De techniek draait om zogeheten diamantspin-qubits. In sommige kunstmatig gekweekte diamanten zit op de plek van een koolstofatoom per ongeluk een stikstofatoom, met een lege plek er direct naast. Dat defect gedraagt zich alsof het gevangen zit: het elektron eromheen kan onafhankelijk "spinnen" van de rest van de diamant. Met lasers zetten onderzoekers dat elektron in een vaste beginstand, die ze aanduiden als nul. Vervolgens sturen ze microgolfpulsen op het atoom af om het elektron in allerlei nieuwe toestanden te brengen, inclusief mengvormen tussen nul en één die alleen in de kwantummechanica bestaan. Zo ontstaat een werkende qubit, de rekeneenheid van een kwantumcomputer.

Andere onderzoeksgroepen liepen vast zodra ze dit soort systemen wilden opschalen voorbij een tiental qubits: het is lastig om voldoende bruikbare defecten precies te plaatsen. Saxon Q zegt dat probleem te hebben opgelost door tijdens de fabricage ook zwavelatomen in de diamant te schieten. Volgens medeoprichter Marius Grundmann, hoogleraar experimentele natuurkunde in Leipzig, zorgt zwavel voor het juiste elektrische evenwicht waardoor de stikstofdefecten veel vaker op de gewenste manier ontstaan.

Vergelijkbare betrouwbaarheid als gekoelde systemen

Saxon Q claimt dat de qubits zonder extra foutcorrectie al een betrouwbaarheid van 99,92 procent halen, oftewel minder dan één fout per duizend bewerkingen. Volgens Grundmann was dat cijfer eind juli al opgelopen tot 99,98 procent bij bewerkingen op één qubit. Dat is in dezelfde orde van grootte als de resultaten die techreuzen als IBM en onderzoekscentra als MIT melden over hun eigen, wel gekoelde systemen. Die cijfers zijn overigens niet onafhankelijk geverifieerd door andere wetenschappers.

Van 128 naar 10.000 qubits

De huidige apparaten van Saxon Q zijn leverbaar met tot 128 qubits, met een versie van 512 qubits die volgend jaar beschikbaar moet komen. Op de langere termijn mikt het bedrijf op 10.000 qubits en meer, ergens na 2030. Of de techniek dat tempo kan bijbenen, moet nog blijken: eerder onderzoek naar stikstofdefecten in diamant richtte zich vooral op precisiemetingen, niet op volwaardig rekenen. Toch is de stap belangrijk, omdat ze laat zien dat een bruikbare kwantumcomputer niet per se een koelinstallatie ter grootte van een kamer nodig heeft.