Japan zet eerste kwantumcomputer op kamertemperatuur aan

Onderzoekers van het Institute for Molecular Science in Japan hebben een nieuwe kwantumcomputer in gebruik genomen. De machine heet Shunkai en is bijzonder omdat hij niet hoeft te worden gekoeld tot extreme temperaturen, zoals de meeste kwantumcomputers vandaag de dag. Shunkai is bovendien de eerste 'full-stack' kwantumcomputer van Japan: alle onderdelen, van hardware tot software, werken al samen tot één bruikbaar geheel, vergelijkbaar met een gewone pc.

Rekenen met gevangen atomen

Waar veel bekende kwantumcomputers werken met supergeleidende circuits die tot bijna het absolute nulpunt gekoeld moeten worden, gebruikt Shunkai neutrale atomen als qubit. Deze atomen worden vastgehouden met optische tweezers: precies gerichte laserstralen die de atomen op hun plek houden in een vacuümkamer. Microgolven en laserlicht sturen vervolgens de kwantumtoestand van de atomen aan, waarna een camera het resultaat afleest via het licht dat de atomen uitzenden. Omdat er geen zware koeling nodig is, kan het systeem op kamertemperatuur draaien. Dat maakt dit type atoomarray-kwantumcomputer in potentie makkelijker op te schalen dan concurrerende technieken.

Projectleider Kenji Ohmori, hoogleraar fotomoleculaire wetenschap, verwacht dat gebruik van Shunkai zal doorwerken in industrie, wetenschap en overheid wereldwijd. Het team wil de machine de komende jaren openstellen voor externe onderzoekers, die er toepassingen op kunnen testen en kunnen meewerken aan het verbeteren van foutcorrectie. Shunkai wordt ook gekoppeld aan een bestaande supercomputer, zodat een hybride rekencentrum ontstaat waarin kwantumchips en grafische chips samenwerken.

Op weg naar 10.000 qubits

Shunkai start met ongeveer 50 qubits en moet binnen afzienbare tijd doorgroeien naar zo'n 500. Het einddoel ligt veel hoger: in maart 2031 moet het systeem 10.000 fysieke qubits tellen, met ingebouwde kwantumfoutcorrectie om rekenfouten op te sporen en te herstellen. Dat zou de Japanse machine groter maken dan de 6.100-qubit atoomarray die onderzoekers van Caltech in oktober 2025 lieten zien.

Kwantumbits zijn van nature erg gevoelig: kleine verstoringen uit de omgeving kunnen de informatie erin al verstoren. De foutkans in qubits ligt rond de 1 op 1.000, tegenover 1 op een miljard tot 1 op een biljoen bij gewone computerbits. Een groot deel van het onderzoek naar kwantumtechnologie richt zich daarom op het bouwen van redundantie in de manier waarop informatie wordt opgeslagen, zodat kleine fouten niet meteen een hele berekening verpesten. Bij neutrale atomen kan de opstelling van de qubits tijdens een berekening worden aangepast, waardoor onderzoekers gerichter kunnen bepalen welke atomen met elkaar gaan communiceren. Dat kan helpen om zowel het opschalen naar veel meer qubits als het bestrijden van rekenfouten makkelijker te maken.