17 feb. 1999
2 minuten
Een kwantumcomputer gebruikt bits die niet alleen 0 of 1, maar ook 0 en 1 tegelijk kunnen zijn. Helaas is deze kwantuminformatie zo fragiel, dat deze al snel verloren gaat. Een team wetenschappers onder leiding van Tim Taminiau van QuTech in Delft heeft nu als eerste laten zien hoe fouten in een kwantumberekening kunnen worden opgespoord én actief kunnen worden hersteld, zonder dat de kwantuminformatie verloren gaat.
Door herhaaldelijk kwantumfoutcorrectie toe te passen met elektronen- en kernspins in diamant, wisten ze de gevoelige kwantuminformatie langer te bewaren dan zonder deze foutcorrectie. Het oplossen van fouten in kwantumberekeningen is cruciaal voor de ontwikkeling van een werkende kwantumcomputer.
kwantumsuperpositie
Bij instituut QuTech aan de TU Delft wordt gewerkt aan de computer van de toekomst: de kwantumcomputer. Deze computer gebruikt de tegen-intuïtieve wetten van de kwantummechanica om belangrijke problemen op te lossen die ver buiten de mogelijkheden van de beste klassieke computers liggen. Dit komt omdat de bouwstenen van de kwantumcomputer, kwantumbits, niet alleen ‘0′ of ‘1′ kunnen zijn maar ook ‘0′ én ‘1′ tegelijkertijd. Dit noemen we een kwantumsuperpositie.
Kracht en zwakke plek
Superposities zijn de kracht van de kwantumcomputer. Hierdoor kunnen berekeningen als het ware parallel worden uitgevoerd zodat bepaalde problemen heel efficiënt opgelost kunnen worden. Tegelijkertijd zijn superposities ook de zwakke plek van de kwantumcomputer: een superpositie is heel fragiel. Wanneer je naar een superpositie kijkt wordt deze al verstoord. Hierdoor is het lastig te ontdekken of er fouten zijn ontstaan in de superpositie tijdens berekeningen.
Fouten corrigeren
Om bruikbare kwantumberekeningen te kunnen doen, is het essentieel om fouten te kunnen corrigeren. kwantumfoutcorrectie vormt daarom de basis van kwantumcomputers en is de grote nog open uitdaging. In kwantumfoutcorrectie wordt kwantuminformatie beschermd door deze eerst te coderen. Daarna worden fouten gedetecteerd via heel voorzichtige metingen die de kwetsbare kwantuminformatie niet verstoren. Uiteindelijk worden de fouten verwerkt in snelle klassieke elektronica en actief gecorrigeerd. En dit alles moet gebeuren terwijl het kwantumsysteem gecodeerd en continu beschermd blijft.
Diamant
De wetenschappers van QuTech hebben voor het eerst dit hele proces laten zien door gebruik te maken van elektronen- en kernspins in diamant. Deze spins kunnen niet alleen kwantuminformatie verwerken met een hoge kwaliteit maar deze ook nog eens zo lang opslaan dat de fouten direct verwerkt en gecorrigeerd kunnen worden via snelle elektronica. De actieve foutcorrectie die in Delft is gerealiseerd, is een flinke stap naar nog complexere foutcorrectiesystemen die uiteindelijk een bruikbare kwantumcomputer mogelijk moeten gaan maken.
Julia Cramer, Norbert Kalb, M. Adriaan Rol, Bas Hensen, Machiel S. Blok, Matthew Markham, Daniel J. Twitchen, Ronald Hanson, Tim H. Taminiau. Repeated kquantum error correction on a continuously encoded qubit by real-time feedback, DOI: 10.1038/10.1038/NCOMMS11526
