Quantinuum-chips doorstaan cruciale test voor kwantumfoutcorrectie

Onderzoekers van het Forschungszentrum Jülich in Duitsland vergeleken tien kwantumprocessoren van Quantinuum, IBM en IQM op een cruciale vaardigheid: het foutloos uitvoeren van metingen tijdens een berekening. Die metingen zijn de kern van kwantumfoutcorrectie, de techniek waarmee kwantumcomputers hun fragiele informatie moeten beschermen tegen rekenfouten. Uit het onderzoek, gepubliceerd op preprint-server arXiv, blijkt dat Quantinuum's machines daarbij veruit het minst extra ruis introduceerden.

Vooral de nieuwste chip van het bedrijf, Helios-1, viel op. In tests die waren gemodelleerd naar een veelgebruikte foutcorrectiemethode, zag het team al na vijftig testruns een duidelijke verbetering. Helios-1 hield zelfs bij complexere experimenten met tot 91 qubits nuttige resultaten overeind. Dat betekent niet dat de chip al echte foutcorrectie uitvoerde, wel dat hij de benodigde operaties kon verwerken zonder dat fouten de uitkomst volledig verpestten.

Metingen zonder al te veel ruis

Het probleem dat de onderzoekers onder de loep namen, is ironisch genoeg inherent aan foutcorrectie zelf: de controlemetingen die fouten moeten opsporen, kunnen zelf weer nieuwe fouten veroorzaken. Bij IBM's chips bleek de foutenkans tijdens zulke metingen ongeveer tien keer hoger dan zonder die metingen. Bij Quantinuum was dat verschil veel kleiner, ongeveer net zo groot als de gangbare fout bij een gewone tweeqbit-operatie.

Met 25 qubits scoorde Helios-1 in elke test beter dan de concurrentie bij experimenten gebaseerd op de oppervlaktecode, een foutcorrectiemethode die controles over een rooster van qubits verspreidt. Ook bij een variant met een kleurcode-structuur en 91 qubits bleven de resultaten ver boven het niveau van toeval, ondanks dat slechts zeven van de 98 fysieke qubits als hulpqubit beschikbaar waren.

Grotere tests, nieuwe grenzen

Bij langere ketens van qubits liep Helios-1 wel tegen een grens aan: de chip heeft acht zones waar metingen en tweeqbit-operaties tegelijk kunnen plaatsvinden. Bij grotere berekeningen moeten sommige qubits daardoor wachten, wat het eindresultaat negatief beïnvloedt. Door de volgorde van operaties te herschikken en meer werk parallel te laten verlopen, verbeterde de score alsnog aanzienlijk. Dat maakt de nieuwe test ook bruikbaar om te checken of een andere planning van operaties meer uit bestaande hardware haalt.

De onderzoekers testten hun methode ook tegen een echt experiment met beschermd kwantumgeheugen op een IBM-chip en zagen een duidelijk verband: gebieden die goed scoorden in de nieuwe test, presteerden ook beter bij volledige foutcorrectie. Daarmee lijkt de aanpak een nuttig, minder tijdrovend hulpmiddel om voortgang in kwantumhardware te volgen, al benadrukken de auteurs dat verdere tests nodig zijn om de betrouwbaarheid op grotere schaal te bevestigen.