Delftse onderzoekers is het gelukt om een quantumbit, de bouwsteen voor een quantumcomputer, uit te lezen. Dit baant het pad naar een computer met superrekenkracht.
Katja Nowack en haar collega’s van het Kavli instituut in Delft slaagden erin met een gevoelige ladingsmeter de richting van de spin van twee elektronen af te lezen. De oriëntatie van de spin van een elektron kan dienen als qubit, de elementaire informatie-eenheid voor toekomstige quantumcomputers. Het onderzoeksteam publiceerde de resultaten op 4 augustus online bij Science. Het aflezen van een dubbele qubit is essentieel, omdat de ware kracht van de quantum-rekenkunde schuilt in de eigenschappen van combinaties van qubits.
Daarnaast slaagden de onderzoekers erin een ‘logische operatie’ uit te voeren. Door twee elektronen enkele nanoseconden bij elkaar te brengen wisselden de qubits van spin-toestand. Het team in Delft heeft dus twee essentiële stappen genomen om de spin van elektronen uiteindelijk als rekeneenheid te kunnen gebruiken.
Heersen zwermen killerdrones straks over het slagveld?
Een luchtruim gevuld door kunstmatig intelligente killerdrones, die autonoom bepalen wie blijft leven en wie zal sterven. Hoe waarschijnlijk is dat?
Schets van een toekomstige quantumcomputer. De rode pijlen stellen qubits voor en de gouden pijlen vormen het raster waarin de qubits ‘gevangen’ zitten. Bron: Lars R. Schreiber.
De gedroomde quantumcomputer is een praktische toepassing, die de merkwaardige quantumeigenschappen vernuftig tot hun recht laat komen. De computer maakt gebruik van superpositie, het vermogen van piepkleine deeltjes om op een moment in twee toestanden te verkeren. In tegenstelling tot de huidige, digitale bit, die slechts nul óf een voor kan stellen, kan een quantumbit tegelijkertijd nul en een zijn. Combinaties van dit soort quantumbits bieden een exponentiële toename in rekencapaciteit, ten opzichte van de huidige computers.
Superpositie is handig om de rekencapaciteit te vergroten, maar wanneer uiteindelijk een ‘uitkomst’ wordt afgelezen, vervalt de qubit toch in een eenduidige staat. Het nieuwe onderzoek wijst uit dat gegevens van een dubbele qubit inderdaad betrouwbaar kunnen worden afgelezen.
Nu het Kavli-team een dubbele qubit kan uitlezen en een berekening met twee deeltjes kan uitgevoeren, is schaalvergroting het voornaamste obstakel voordat de quantumcomputer realiteit is. Nowack voorziet echter dat het nog een ingewikkeld proces is. ‘Het aflezen van twee qubits was wel te doen, maar vereiste veel handmatig sleutelwerk om de meting te kunnen verrichten’, aldus Nowack. ‘Om de gewenste rekencapaciteit te behalen moet een veelvoud aan qubits worden gebruikt.’ Het wachten is dus op een slim systeem dat het menselijk priegelwerk kan overnemen.
Marieke Buijs
