AI & computing › Kwantumcomputing & AI-hybrides
SEEQC bouwt kwantumcomputer met stuurchip vlak bij het absolute nulpunt
Kwantumbedrijf SEEQC heeft voor het eerst een kwantumcomputer gebouwd waarbij de besturingselektronica op dezelfde extreem lage temperatuur werkt als de qubits zelf. Dat blijkt uit onderzoek in het vakblad Nature Electronics. De doorbraak moet het straks makkelijker maken om kwantumcomputers op te schalen naar duizenden qubits.
Kwantumcomputers moeten extreem koud zijn om te werken. Hun rekenkernen, de qubits, functioneren alleen bij temperaturen van een fractie boven het absolute nulpunt. Tot nu toe zat de elektronica die deze qubits aanstuurt buiten die koude omgeving, op kamertemperatuur. Dat vereist duizenden aparte bekabelingen tussen de warme sturing en de koude chip. Hoe meer qubits, hoe onhandelbaarder die kabelbos wordt. Het Amerikaanse bedrijf SEEQC claimt nu een oplossing: het plaatste de stuurelektronica zelf óók in de koelkast, vlak naast de qubits.
Sturing verhuist mee de kou in
In het onderzoek, gepubliceerd in Nature Electronics, bouwde SEEQC een vijf-qubit processor op een supergeleidende chip, gestapeld op een tweede chip met digitale stuurschakelingen. Beide chips werden samen getest in een koelkast op 10 millikelvin, ofwel bijna 273 graden onder nul. In plaats van signalen van ver weg te sturen, wekt de nieuwe chip de stuurpulsen lokaal op, vlak bij de qubits zelf. Dat scheelt bekabeling, warmteontwikkeling en complexiteit. Via een techniek die meerdere qubits over dezelfde verbinding laat sturen, hoeft niet langer elke qubit een eigen kabel naar buiten te hebben.
Prestaties blijven overeind
Het belangrijkste resultaat: de kwaliteit van de qubits ging niet achteruit door de nabijheid van de sturingselektronica. De onderzoekers maten een gatefideliteit boven de 99,5 procent, met pieken tot boven de 99,9 procent. Er trad geen zogeheten quasideeltjesvergiftiging op, een storend effect dat de betrouwbaarheid van qubits normaal juist aantast. Bovendien verbruikte de stuurchip extreem weinig stroom, in de orde van nanowatts per qubit.
Stap richting grotere machines
Waar veel kwantumonderzoek zich richt op het verbeteren van losse qubits, pakt SEEQC een ander probleem aan: hoe bouw je een systeem dat daadwerkelijk kan groeien. Bij opschaling naar honderden of duizenden qubits loopt de huidige aanpak met externe bekabeling vast op ruimte, warmte en kosten. Door sturing en rekenwerk in dezelfde koude ruimte te combineren, hoopt het bedrijf kwantumchips te kunnen bouwen op een manier die meer lijkt op de productie van gewone computerchips. Chief technology officer Shu-Jen Han noemt het een fundamentele stap, maar benadrukt dat er nog stappen volgen: het bedrijf wil ook uitlezing van qubits en fijnere magnetische sturing rechtstreeks op de chip integreren.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Als besturingselektronica standaard in de koude kern van een kwantumcomputer past, wordt het technisch haalbaarder om machines met veel meer qubits te bouwen zonder dat bekabeling en warmteontwikkeling de boel vastlopen. Dat kan de weg vrijmaken voor kwantumcomputers die net als gewone chips in fabrieken worden geproduceerd, in plaats van als eenmalige labopstelling.
- Qubit
- De kwantumversie van een bit; de rekeneenheid van een kwantumcomputer die dankzij kwantummechanica meerdere toestanden tegelijk kan aannemen.
- Millikelvin
- Een temperatuureenheid vlak boven het absolute nulpunt (min 273,15 graden Celsius); supergeleidende qubits werken alleen bij zulke extreem lage temperaturen.
- Supergeleidende chip
- Een chip gemaakt van materiaal dat bij extreme kou stroom zonder weerstand geleidt, de basis voor dit type kwantumcomputer.
- Gatefideliteit
- Een maat voor hoe nauwkeurig een kwantumbewerking wordt uitgevoerd; hoe dichter bij 100 procent, hoe betrouwbaarder de berekening.
- Single Flux Quantum (SFQ)
- Een techniek om met piepkleine, energiezuinige elektrische pulsjes digitale signalen te versturen, geschikt om te werken bij extreem lage temperaturen.
- Quasideeltjesvergiftiging
- Een storend fysisch effect waarbij ongewenste deeltjes de werking van supergeleidende qubits verstoren en fouten veroorzaken.
- Opschaling
- Het proces waarbij een technologie die in het lab werkt, wordt uitgebreid naar een grotere, bruikbare versie, bijvoorbeeld van vijf naar duizenden qubits.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
