Nieuwe qubit van Princeton houdt geheugen drie keer langer vast

Een van de grootste obstakels voor bruikbare kwantumcomputers is dat hun rekeneenheden, qubits, hun informatie razendsnel kwijtraken. Engineers van Princeton University melden nu in het wetenschappelijke tijdschrift Nature een doorbraak: hun nieuwe qubit houdt informatie langer dan een milliseconde vast. Dat is drie keer langer dan het beste laboratoriumresultaat tot nu toe en bijna vijftien keer langer dan wat in de huidige generatie grote kwantumprocessors gebruikelijk is.

Waarom die paar milliseconden zo belangrijk zijn

De tijd dat een qubit zijn informatie behoudt, heet de coherentietijd. Hoe langer die tijd, hoe meer rekenstappen een kwantumcomputer kan uitvoeren voordat fouten de uitkomst onbruikbaar maken. "Het probleem dat ons tegenhoudt om nu al bruikbare kwantumcomputers te hebben, is dat je een qubit bouwt en de informatie simpelweg niet lang genoeg blijft bestaan," zegt Andrew Houck, decaan van de faculteit engineering aan Princeton en een van de hoofdonderzoekers. Volgens hem is dit de grootste sprong in coherentietijd in meer dan tien jaar.

Tantaal en silicium in plaats van aluminium en saffier

Het team gebruikte een type supergeleidende chip die transmon wordt genoemd, hetzelfde basisontwerp dat ook Google en IBM gebruiken. De onderzoekers pakten twee bekende bronnen van energieverlies aan. Ten eerste verving co-onderzoeker Nathalie de Leon het gangbare metaal aluminium door tantaal, een metaal met veel minder microscopische defecten waarin energie kan weglekken. Ten tweede verruilde het team het saffieren substraat, de drager waarop het circuit ligt, voor hoogzuiver silicium, hetzelfde materiaal dat de chipindustrie al decennia gebruikt. Beide aanpassingen verminderen wat natuurkundigen decoherentie noemen: het geleidelijk verdwijnen van de kwantuminformatie door storing van buitenaf of energieverlies in het materiaal zelf.

Chemicus Robert Cava, die niet eerder met kwantumcomputers had gewerkt maar wel geldt als autoriteit op supergeleidende materialen, stelde tantaal al in 2021 voor aan het Princeton-team. Het combineren van tantaal met silicium bleek technisch lastig, omdat de materialen niet vanzelfsprekend goed op elkaar aansluiten. Na jaren experimenteren kreeg het team dit voor elkaar, met een chip die niet alleen beter presteert maar volgens De Leon ook makkelijker in massa te produceren is.

Duizend keer betrouwbaarder, mits industrie meedoet

Omdat het ontwerp compatibel is met bestaande fabricageprocessen, kan de verbetering relatief eenvoudig worden ingebouwd in chips van marktleiders. Houck rekent voor dat het vervangen van de huidige onderdelen in Google's Willow-processor die chip tot duizend keer betrouwbaarder zou maken. Bij grotere systemen groeit het voordeel nog verder: een hypothetische chip met duizend qubits zou volgens hem ruwweg een miljard keer beter presteren. Michel Devoret, hoofdwetenschapper hardware bij Google Quantum AI en medewinnaar van de Nobelprijs natuurkunde 2025, noemt het overwinnen van dit probleem eerder "een kerkhof van ideeën" voor natuurkundigen. Het onderzoek werd deels gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie en door Google.