AI & computing › Kwantumcomputing & AI-hybrides
Quantinuum meldt record: tien keer minder rekenfouten op kwantumcomputer Helios
Het Amerikaans-Britse bedrijf Quantinuum claimt een nieuw wereldrecord in kwantumfoutcorrectie. Met een andere rekenmethode op dezelfde Helios-computer daalde het foutenpercentage binnen twee maanden tien keer, naar slechts vijf fouten per miljoen berekeningen. Het resultaat brengt het bedrijf dichter bij Apollo, de universele kwantumcomputer die het voor 2029 belooft.
Kwantumcomputers staan bekend als veelbelovend, maar ook als extreem foutgevoelig. De kleinste storing in de omgeving kan een berekening al verstoren. Daarom besteden bedrijven als Quantinuum enorm veel aandacht aan foutcorrectie: technieken om rekenfouten op te sporen en te herstellen voordat ze de uitkomst bederven. Het Brits-Amerikaanse bedrijf meldt nu een doorbraak op dat vlak met zijn machine Helios.
Met een foutcorrectiemethode die een 'kleurcode' wordt genoemd, haalde Quantinuum een nauwkeurigheid van 99,9995 procent. Dat komt neer op vijf fouten per miljoen rekenoperaties. Vorige maand claimde het bedrijf met een andere methode, de zogeheten Helix-code, al een record. Het nieuwe resultaat is daar tien keer beter dan, en honderd keer beter dan het beste resultaat dat tot nu toe is gemeld op andere soorten kwantumhardware, waaronder de supraleidende chips van Google Quantum AI.
Minder fouten door meer qubits te combineren
Het geheim zit in iets dat 'code-afstand' heet. Bij kwantumfoutcorrectie worden meerdere kwetsbare fysieke qubits — de rekeneenheden van een kwantumcomputer — samen geschakeld tot één stabielere 'logische qubit'. Hoe meer fysieke qubits je daarvoor gebruikt, hoe groter de code-afstand en hoe beter fouten kunnen worden opgespoord en gecorrigeerd. Quantinuum zag dat elke stap in code-afstand het aantal overgebleven fouten met een factor twaalf verminderde. Dat is een exponentiële verbetering, en precies wat nodig is om foutcorrectie op grotere schaal te laten werken.
Opvallend is dat de twee geteste methodes verschillende sterke punten hebben. De Helix-code heeft maar tien fysieke qubits nodig per logische qubit en is dus zuiniger, terwijl de kleurcode tot 37 fysieke qubits per logische qubit gebruikt maar een lagere foutenkans oplevert. Beide testen liepen op dezelfde Helios-hardware, wat volgens Quantinuum laat zien hoe flexibel zijn systeem is: het kan per toepassing schakelen tussen snelheid, zuinigheid en nauwkeurigheid.
Onafhankelijke blik en vervolgstappen
Robin Blume-Kohout, medeleider van het Quantum Performance Lab van de Amerikaanse Sandia National Laboratories en niet betrokken bij het onderzoek, noemt het resultaat een belangrijke mijlpaal. Volgens hem presteert de logische qubit nu zo'n honderd keer beter dan de losse fysieke qubits waaruit die is opgebouwd. Een verder opgeschaalde versie van dit systeem zou volgens hem met minder dan een miljoen fysieke qubits al bruikbaar kunnen zijn voor praktische, foutbestendige berekeningen. Dat zou veel sneller zijn dan critici tot nu toe voor mogelijk hielden.
Quantinuum bouwt zijn Helios-machine op basis van zogeheten ionenval-technologie, waarbij geladen atomen met elektrische velden worden vastgehouden en bestuurd. Het bedrijf wil zijn hardware, foutcorrectietechnieken en software uiteindelijk samenbrengen in Apollo, een kwantumcomputer die bestand is tegen fouten en bedoeld is voor praktische toepassingen in onder meer materiaalkunde, chemie, financiële sector en logistiek.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Minder rekenfouten betekent dat kwantumcomputers dichterbij komen om problemen op te lossen die voor gewone computers onhaalbaar zijn, zoals het simuleren van nieuwe medicijnen of materialen. Als de gemelde verbetering zich laat opschalen, hoeven fabrikanten mogelijk minder fysieke qubits te bouwen dan gedacht om een betrouwbare, foutbestendige kwantumcomputer te maken. Dat zou de weg naar commercieel bruikbare kwantumcomputers, zoals Quantinuums geplande Apollo-systeem, flink kunnen versnellen.
- Qubit
- De basiseenheid van informatie in een kwantumcomputer, vergelijkbaar met een bit in een gewone computer, maar met kwantumeigenschappen.
- Fysieke qubit
- Een enkele, kwetsbare rekeneenheid in de hardware die gevoelig is voor storingen en fouten.
- Logische qubit
- Een stabielere, virtuele qubit die wordt opgebouwd door meerdere fysieke qubits slim met elkaar te combineren, zodat fouten kunnen worden opgespoord en hersteld.
- Foutcorrectie
- Technieken om rekenfouten in een kwantumcomputer op te sporen en te herstellen, essentieel omdat kwantumbits extreem gevoelig zijn voor storingen.
- Kleurcode
- Een specifieke methode voor kwantumfoutcorrectie die in dit onderzoek het laagste foutenpercentage opleverde, maar wel meer fysieke qubits per logische qubit kost.
- Helix-code
- Een andere foutcorrectiemethode van Quantinuum, zuiniger met qubits maar met een iets hoger foutenpercentage dan de kleurcode.
- Code-afstand
- Een maat die aangeeft hoeveel fysieke qubits worden gebruikt om één logische qubit te beschermen; een grotere afstand onderdrukt fouten sterker.
- Ionenval-technologie
- Een manier om kwantumcomputers te bouwen waarbij geladen atomen (ionen) met elektrische velden worden vastgehouden en gestuurd om berekeningen uit te voeren.
- Fault-tolerant (foutbestendig)
- Een kwantumcomputer die betrouwbaar genoeg is om lange, complexe berekeningen uit te voeren zonder dat fouten de uitkomst bederven.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
