Siliciumchips maken opmars in de race om de kwantumcomputer

Computerchips van silicium zitten in vrijwel elk elektronisch apparaat. Decennia van ontwikkeling hebben ervoor gezorgd dat fabrikanten miljarden piepkleine transistors op één chip kunnen persen. Die transistors zijn goedkoop, snel en betrouwbaar. Onderzoekers willen daarom dezelfde techniek gebruiken om kwantumcomputers te bouwen. Zo'n machine zou in theorie berekeningen kunnen uitvoeren die een klassieke supercomputer langer zouden kosten dan de leeftijd van het heelal.

Qubits die overal met elkaar kunnen praten

Een team onder leiding van onderzoeker Undseth beschrijft in Nature een kwantumprocessor waarbij qubits, de rekeneenheden van een kwantumcomputer, flexibel met elkaar kunnen worden verbonden. Normaal gesproken kunnen qubits op een chip alleen met hun directe buren communiceren, wat het lastig maakt om grote, complexe berekeningen uit te voeren. Door gebruik te maken van een techniek die bekendstaat als spin-shuttling verplaatsen de onderzoekers de kwantuminformatie letterlijk over de chip, zodat ook qubits die niet naast elkaar liggen kunnen samenwerken. Dat maakt het mogelijk om op grotere schaal fouten te controleren, iets wat cruciaal is voor een werkende kwantumcomputer.

Besturing dicht bij de kou

Een tweede publicatie, van het Amerikaanse onderzoekslab HRL, richt zich op een heel ander probleem: hoe stuur je duizenden qubits tegelijk aan zonder dat de bekabeling een onwerkbare kluwen wordt? Qubits moeten functioneren bij extreem lage temperaturen, vaak maar een fractie boven het absolute nulpunt, gemeten in millikelvin. Tot nu toe stond de besturingselektronica meestal buiten die koude omgeving, verbonden via lange kabels. Het HRL-team plaatste de sturende chips juist vlak bij de kwantumprocessor zelf, in dezelfde koelkast. Dat scheelt bekabeling en maakt het makkelijker om in de toekomst systemen met veel meer qubits te bouwen.

Nog geen doorbraak, wel een belangrijke stap

Beide studies lossen een praktisch probleem op dat opschaling van kwantumcomputers in de weg staat. Eerdere siliciumchips met qubits waren vooral bruikbaar voor kleinschalige experimenten. Door qubits flexibeler te verbinden en de besturing dichter bij de chip te brengen, komt een siliciumgebaseerde kwantumcomputer met honderden of duizenden qubits dichterbij. Wetenschappers benadrukken dat er nog forse technische hobbels te nemen zijn voordat zulke chips daadwerkelijk complexe problemen kunnen oplossen die nu onhaalbaar zijn voor klassieke computers.