AI & computing › Kwantumcomputing & AI-hybrides
Kwantumcomputer bouwen: race om beste qubit-techniek in volle gang
Onderzoekers wereldwijd proberen op compleet verschillende manieren een werkende kwantumcomputer te bouwen. De een vangt losse atomen met laserlicht, de ander koelt kunstmatige chips af tot bijna het absolute nulpunt. Welke techniek uiteindelijk wint, is nog volledig open.
Gewone computers, van de chip in je wasmachine tot de zwaarste AI-server, rekenen allemaal met dezelfde bouwsteen: de transistor. Die schakelt razendsnel tussen twee standen, 0 en 1, en legt zo bits vast. Een kwantumcomputer werkt fundamenteel anders. De bouwsteen daarvan is de qubit, die dankzij kwantumeffecten als superpositie en verstrengeling tegelijk meerdere waarden kan aannemen. Dat maakt kwantumcomputers in theorie geschikt voor berekeningen die voor klassieke computers onhaalbaar zijn. Het probleem: diezelfde kwantumeffecten zijn extreem kwetsbaar. Elke storing van buitenaf kan de informatie in een qubit vernietigen.
Atomen vangen met licht en elektrische velden
Een deel van de onderzoekswereld gebruikt losse atomen als qubit. Bij trapped-ion quantum computing wordt van een atoom een elektron afgehaald, waardoor een geladen ion ontstaat dat met elektrische velden op zijn plek gehouden kan worden. Fysici van de universiteit van Oxford maakten in 2017 een beroemde foto van zo'n gevangen strontium-ion, zichtbaar omdat het voortdurend laserlicht opneemt en weer uitstraalt. Een tweede route gebruikt optische tweezers: bundels laserlicht die neutrale atomen vasthouden zonder ze eerst te hoeven ioniseren. Met deze techniek zette een team van de universiteit Paris-Saclay in 2018 atomen letterlijk in de vorm van de Eiffeltoren. Onderzoekers van het California Institute of Technology gingen in 2025 nog een stap verder en hielden 6.100 cesium-atomen tegelijk gevangen in een gebied van amper één millimeter doorsnede. Het aantal qubits waarmee daadwerkelijk gerekend kan worden, blijft voorlopig echter veel lager.
Kunstmatige qubits uit de chipfabriek
Een heel andere aanpak, superconducting quantum computing, bouwt qubits kunstmatig na met de supergeleidende chip-techniek. In een cleanroom worden dunne laagjes aluminium of niobium op een siliciumschijf aangebracht, vergelijkbaar met de fabricage van gewone computerchips. IBM produceert zo bijvoorbeeld chips onder de naam Nighthawk, met 120 qubits per exemplaar. Zulke circuits worden pas supergeleidend bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt, en moeten daarvoor in speciale koelinstallaties hangen die eruitzien als metalen kroonluchters.
Van een paar qubits naar miljoenen
Wat de gekozen techniek ook is, alle onderzoeksgroepen lopen tegen dezelfde muur op: opschalen. Een handvol goed werkende qubits is niet genoeg. Volgens de meest optimistische schattingen zijn er uiteindelijk tientallen- tot honderdduizenden nodig, wellicht zelfs miljoenen, om echt nuttige berekeningen te kunnen uitvoeren. Meer qubits betekenen ook steeds complexere besturings- en meetsystemen eromheen. Nog is niet te zeggen welke technologie die opschaling het beste aankan. Zolang dat onduidelijk is, blijven onderzoeksgroepen wereldwijd tegelijk investeren in ionenvallen, atoomarrays en supergeleidende chips, in de hoop dat hun aanpak straks de transistor-vervanger van de kwantumcomputer wordt.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Een werkende, grootschalige kwantumcomputer zou problemen kunnen oplossen die voor gewone computers onbegonnen werk zijn, van medicijnontwikkeling tot materiaalonderzoek. Omdat nog niet vaststaat welke hardware wint, blijven bedrijven en universiteiten wereldwijd fors investeren in meerdere, radicaal verschillende technieken tegelijk. Dat maakt de komende jaren cruciaal: pas als één aanpak succesvol opschaalt naar veel grotere aantallen qubits, ontstaat er een echte doorbraak.
- Qubit
- De kwantumversie van een bit; kan dankzij superpositie meerdere waarden tegelijk aannemen.
- Superpositie
- Het kwantumverschijnsel waarbij een deeltje tegelijkertijd meerdere toestanden kan hebben.
- Verstrengeling
- Een kwantumverbinding waarbij deeltjes elkaars toestand direct beïnvloeden, ook op afstand.
- Ionenval
- Een systeem dat geladen atomen (ionen) met elektrische velden op hun plek houdt, gebruikt als qubit-platform.
- Optische tweezer
- Een strak gebundelde laserstraal waarmee losse, neutrale atomen worden vastgehouden.
- Supergeleidende chip
- Een kunstmatig circuit van metalen als aluminium of niobium dat bij extreem lage temperaturen stroom zonder weerstand geleidt en als qubit dient.
- Verdunningskoelkast
- Een cryogeen koelsysteem dat apparatuur tot bijna het absolute nulpunt afkoelt, nodig voor supergeleidende qubits.
- Resonator
- Een slingerend supergeleidend circuitonderdeel dat dient als geheugen of verbinding tussen qubits.
- Microfabricage
- Het procedé waarmee minuscule structuren, zoals transistors en qubits, met chemische en fysische technieken op een chip worden aangebracht.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
