Kwantumchips kunnen nu op normale montagelinies gemaakt worden

Kwantumcomputers hebben lange tijd beloofd om problemen op te lossen die veel te complex zijn voor de computers van vandaag — van het ontwerpen van nieuwe geneesmiddelen tot het kraken van moderne encryptie. Maar er is één addertje onder het gras: niemand heeft nog uitgevonden hoe je er een bouwt die groot genoeg is om dat werkelijk te doen. Nu zegt een groep onderzoekers dat zij een belangrijke stap naar de oplossing van dit probleem hebben gezet, gebruikmakend van hetzelfde soort fabrieken dat al de chips in je telefoon en laptop produceert.

Onderzoekers van imec, een Belgische organisatie voor halfgeleidertechnologie-onderzoek, en Diraq, een Australisch kwantumcomputerbedrijf, hebben nu een werkende set van acht qubits gebouwd — van silicium, met behulp van een standaard industrieel chipfabricageproces dat bekend staat als 300mm CMOS. Dit is in wezen hetzelfde type fabrieksproductielijn die wordt gebruikt voor massaproductie van de gewone computerchips die in alledaagse elektronica voorkomen.

Wat zijn qubits, en waarom zijn ze zo moeilijk te bouwen?

Normale computers slaan informatie op als bits — eenvoudige 1'en en 0'en. Kwantumcomputers gebruiken "qubits", die veel complexere informatie kunnen vertegenwoordigen door gebruik te maken van de vreemde regels van de kwantumfysica. Theoretisch gezien geeft het samenbrengen van voldoende qubits een computer enorm veel rekenkracht. In de praktijk zijn qubits ongelooflijk fragiel en moeilijk betrouwbaar te fabriceren, vooral wanneer je meer en meer van hen aan elkaar wilt koppelen.

De meeste pogingen om qubits te bouwen gebeuren vandaag de dag in gespecialiseerde laboratoria, met behulp van moeizame, stuk-voor-stuk methoden die vrijwel onmogelijk op te schalen zijn naar de duizenden of miljoenen qubits die wetenschappers uiteindelijk geloven nodig te hebben.

Wat is nieuw

Vorig jaar hebben wetenschappers van imec en Diraq aangetoond dat zij op deze manier één of twee siliciumqubits konden maken die goed genoeg werkten voor praktisch gebruik. Het nieuwe resultaat bewijst dat zij dit kunnen opschalen naar acht qubits zonder aan kwaliteit in te boeten — de qubits behouden hun fragiele kwantuminformatie (een eigenschap genaamd "coherentie") lang genoeg om nuttig te zijn, zelfs als meer van hen met elkaar verbonden zijn.

Net zo belangrijk is dat het team ontdekte dat het toevoegen van meer qubits geen grote sprong in ondersteunende hardware vereiste — zoals de bedrading en sensoren die nodig zijn om de qubits aan te sturen en uit te lezen. In veel kwantumcomputerontwerpen wordt dit soort ondersteunende infrastructuur het echte knelpunt, dat uit de hand loopt naarmate systemen groeien. Aantonen dat het hier niet op die manier hoeft te werken, is een goed teken.

Een sleutelstap naar kwantumcomputers

Acht qubits alleen zullen geen wereldveranderende problemen oplossen. Maar de betekenis ligt in hoe ze werden gemaakt. Als kwantumchips uiteindelijk kunnen worden geproduceerd op dezelfde industriële assemblagelijen die al gewone computerchips massaproduceren — in plaats van één voor één in een gespecialiseerd laboratorium te worden gebouwd — dan zou dat het veel beter haalbaar maken om de grote, betrouwbare kwantumcomputers te fabriceren waar wetenschappers al tientallen jaren naar streven.

Met andere woorden, dit is geen afgewerkte kwantumcomputer. Het is bewijs dat er een echt, praktisch pad bestaat om er een te bouwen — gebruikmakend van tools die de halfgelederindustrie al op massieve schaal weet te gebruiken.