Quantinuum zet record neer in foutcorrectie van kwantumcomputers

Kwantumcomputers kunnen in theorie berekeningen uitvoeren die zelfs de krachtigste supercomputers niet aankunnen. In de praktijk lopen ze nog steeds tegen een groot probleem aan: ze maken veel fouten. Onderzoekers van het bedrijf Quantinuum hebben nu laten zien dat hun kwantumcomputer Helios-1 die fouten drastisch kan terugdringen, een resultaat dat experts een belangrijke mijlpaal noemen.

Wat is er precies gelukt?

Helios-1 bestaat uit 98 qubits, de rekeneenheden van een kwantumcomputer. Bij Quantinuum zijn dat geladen atomen (ionen) die met lasers en elektromagnetische velden worden aangestuurd. Omdat losse qubits foutgevoelig zijn, bundelen onderzoekers ze tot zogeheten logische qubits, die veel stabieler zijn. Het team onder leiding van David Hayes gebruikte hiervoor een foutcorrectietechniek die bekendstaat als 'colour code'. Het resultaat: de logische qubits maakten nog maar vijf fouten per miljoen gebruiksmomenten. Bij eerdere experimenten elders lag dat aantal nog in de honderden. Toen de onderzoekers twee logische qubits lieten samenwerken voor een eenvoudige rekenstap, liep het foutenpercentage iets op naar ongeveer zeven fouten per honderdduizend keer, nog altijd een flinke verbetering ten opzichte van eerder werk.

Waarom meer qubits juist helpen

Een cruciale vondst is dat de betrouwbaarheid toeneemt naarmate een logische qubit uit meer fysieke qubits wordt opgebouwd. Toen de onderzoekers het aantal fysieke qubits per logische qubit verhoogden van zeven naar 19, daalde het foutenpercentage twaalfvoudig. Een vergelijkbare verbetering trad op bij een stap van 19 naar 37 fysieke qubits. Dat is belangrijk nieuws, want kwantumcomputers worden pas echt krachtig als het aantal qubits flink groeit. Alleen foutcorrectiemethodes die meegroeien met dat aantal, maken grootschalige en betrouwbare kwantumcomputers haalbaar.

Op weg naar een bruikbare kwantumcomputer

Natuurkundige Steven Flammia van Virginia Tech noemt het werk een indrukwekkende technische stap richting wat natuurkundige John Preskill een 'megaquop'-machine noemt: een kwantumcomputer die een miljoen betrouwbare rekenoperaties kan uitvoeren. Zo'n machine zou voor het eerst nuttige wetenschappelijke doorbraken kunnen opleveren, bijvoorbeeld in materiaalonderzoek. Of de lage foutenpercentages van Helios-1 ook standhouden bij ingewikkeldere berekeningen, moet nog blijken. Ook het totale aantal qubits is nog een obstakel: voor nuttige toepassingen zijn naar schatting zo'n honderd logische qubits nodig, terwijl Helios-1 nu slechts honderd fysieke qubits telt. Quantinuum werkt al aan een opvolger, Sol, die bijna twee keer zo groot wordt. Concurrent QuEra, dat kwantumcomputers bouwt met ultrakoude atomen, kondigde eerder aan in 2028 een eigen megaquop-machine te willen presenteren.