Infleqtion combineert efficiëntere foutcorrectie met NVIDIA-chips voor kwantumcomputers

Kwantumcomputers zijn extreem gevoelig voor storingen. Om betrouwbaar te kunnen rekenen, moeten meerdere fysieke qubits worden gebundeld tot één foutbestendige eenheid, een zogeheten logische qubit. Hoe minder fysieke qubits daarvoor nodig zijn, hoe eerder een kwantumcomputer daadwerkelijk nuttig werk kan doen. Het Amerikaanse bedrijf Infleqtion meldt nu een belangrijke stap in die richting.

Infleqtion, dat kwantumtechnologie bouwt op basis van neutrale atomen, heeft zijn open-source softwarebibliotheek qLDPC gekoppeld aan CUDA-Q Logical, een nieuw onderdeel van het NVIDIA-softwareplatform voor kwantumonderzoek. Met een vroege testversie van die software construeerden en valideerden de onderzoekers een foutcorrectiecode die slechts ongeveer zes fysieke qubits per logische qubit nodig heeft. Dat is ruim vijf keer efficiënter dan de zogeheten oppervlaktecode, de foutcorrectiemethode die nu als standaard geldt in de sector.

Waarom foutcorrectie de grootste horde is

De grote belofte van kwantumcomputers is dat ze bepaalde berekeningen razendsnel kunnen uitvoeren, iets wat gewone computers nooit zouden kunnen. Maar de bouwstenen van een kwantumcomputer, de qubits, zijn extreem kwetsbaar: kleine trillingen, temperatuurschommelingen of straling kunnen al voor fouten zorgen. Kwantumfoutcorrectie lost dit op door informatie te verdelen over meerdere fysieke qubits, zodat fouten kunnen worden opgespoord en hersteld zonder de onderliggende kwantuminformatie te vernietigen. Het probleem is dat de gangbare methoden hier veel fysieke qubits voor nodig hebben, vaak tientallen per logische qubit. Dat maakt machines duur, groot en moeilijk op te schalen.

De code die Infleqtion nu bouwde, een zogeheten qLDPC-code, pakt dat probleem aan door efficiënter met kwantuminformatie om te gaan. Volgens het bedrijf ligt de verhouding tussen fysieke en logische qubits inmiddels onder de 10 op 1, in lijn met wat Infleqtion op de korte termijn wil bereiken voor zijn machines. Belangrijk is dat de geconstrueerde datablok niet slechts één, maar meerdere afzonderlijke logische qubits binnen één samenhangende structuur bevat.

Van rekenmodel naar werkende hardware

De qLDPC-bibliotheek werd vorig jaar door Infleqtion open source gemaakt, in samenwerking met onderzoekers van zakenbank JPMorgan Chase. Die bibliotheek levert de onderliggende wiskunde van de code; CUDA-Q Logical van NVIDIA levert het compilatiemodel waarmee die wiskunde wordt omgezet in instructies voor een kwantumchip. Infleqtion combineerde beide om de code niet alleen te ontwerpen, maar ook door een compiler te laten verwerken tot een uitvoerbare rekenstap.

Het onderzoek bouwt voort op eerder architectuurwerk van Fred Chong, wetenschappelijk directeur bij Infleqtion, gericht op herconfigureerbare opstellingen van neutrale atomen. Dat platform leent zich volgens het bedrijf goed voor dit soort efficiënte codes, dankzij de mogelijkheid om bewerkingen parallel uit te voeren en verbindingen tussen qubits flexibel aan te passen. Infleqtion werkt nu verder aan de praktische kant: het uitlezen van foutsignalen, het simuleren van ruis specifiek voor neutrale-atoomsystemen, en het testen van decoders die fouten in real time moeten corrigeren.

Infleqtion presenteert de resultaten deze week op de vakconferentie IEEE Quantum Week in Toronto, waar ook Chief Technology Officer Pranav Gokhale een prijs ontvangt voor zijn werk in de kwantumsector.