Delftse onderzoekers hebben voor het eerst een qubit – de quantumversie van een computerbit – gemaakt in een ‘gewone’ computerchipfabriek. Dat brengt massaproductie van de quantumcomputer een stapje dichterbij, vertelt natuurkundige Anne-Marije Zwerver.

Wat is een qubit?

‘De quantumcomputer is een nieuw type computer, waarvan de qubit de bouwsteen is. Het is de quantumvariant van de ‘gewone’ computerbit. Computers gebruiken bits, die 1 of 0 zijn, om te rekenen. Een qubit is een deeltje dat de regels van de quantummechanica volgt, en daardoor 0 en 1 tegelijkertijd kan zijn. Kort door de bocht betekent dat dat je met 0 en 1 tegelijkertijd kunt rekenen. Als je dat opschaalt, kun je met twee qubits vier berekeningen tegelijk doen, met drie qubits acht tegelijk, enzovoorts. De rekenkracht groeit exponentieel. Door deze eigenschap kan een quantumcomputer met voldoende qubits berekeningen uitvoeren waar gewone computers miljoenen jaren over zouden doen.’

Anne-Marije Zwerver is natuurkundige aan de TU Delft. Ze promoveert bij QuTech, waar onderwerpen als de quantumcomputer en het quantuminternet centraal staan. Beeld: Graphdude/Casimir

Wat maak je precies, als je een qubit maakt?

‘Wij gebruiken elektronen, negatief geladen deeltjes. Zo’n deeltje heeft een spin. Om daar een beeld van te vormen, kun je je voorstellen dat het deeltje omhoog of omlaag wijst. De richting waarin hij wijst, vormt de 1 en de 0 voor de quantumcomputer.

Ideeën die de wereld veranderden
LEES OOK
Ideeën die de wereld veranderden

Om zijn elektronspin te kunnen gebruiken, moeten we het elektron ergens op ‘vangen’. Daarvoor gebruiken we plaatjes silicium, met een laagje oxide, en verschillende metalen plaatjes erop. Het komt erop neer dat je een doosje maakt waarin je elektronen vangt, en waar je vervolgens alle elektronen een voor een uit naar buiten gooit, totdat je een enkel elektron – de qubit – overhoudt.’

Wat voor uitdagingen kom je tegen als je het laboratorium verruilt voor een fabriek?

‘Onze qubits lijken op de gewone onderdelen die je op computerchips vindt. De huidige chipindustrie zou ze daarom in principe moeten kunnen produceren. We hebben samengewerkt met Intel (de computerfabrikant, red.) om dat nu voor het eerst te bewijzen.

Het productieproces in het laboratorium en in de fabriek zijn heel anders. Elke qubit die in het lab gemaakt wordt, is handwerk. Bij Intel wordt er natuurlijk met machines geproduceerd. Aanpassingen zijn dan niet zomaar mogelijk: je zit vast aan een bepaald ontwerp. En het ontwerp van je qubit moet wel passen bij wat de machines momenteel kunnen produceren.’

Zijn fabrieksqubits net zo goed als de labqubits?

‘Beter! In het lab gebruikten we schijfjes silicium van 4 centimeter in doorsnee. Daarin maakten we 20 qubits per keer. Als daarvan 10 procent werkte, waren we blij. Bij Intel maken ze siliciumschijven van 30 centimeter in doorsnee, met daarop tienduizenden qubits. Daarvan werkt 98 procent.

Een collega merkte op: als er bij ons één qubit werkt, zijn we blij. Als bij Intel er één niet werkt, gaan ze kijken wat er beter kan.’

Is de massaproductie van de quantumcomputer nu een feit?

‘De volgende stap is om op te schalen naar duizenden, misschien miljoenen qubits. Dat is niet zomaar te doen. Je moet niet alleen meerdere qubits op een chip zetten, maar ze moeten ook succesvol met elkaar kunnen communiceren.

Je kunt je voorstellen dat we nu een eerste qubit in de fabriek hebben gemaakt. De uitdaging is nu om een volwaardige chip te maken waarop qubits samenwerken.’

En als dat lukt? Hebben we straks thuis allemaal een quantumcomputer?

‘Quantumcomputers gaan niet alle functionaliteiten van de gewone computer overnemen. Er komt geen QuantumWord ofzo. Dit apparaat is vooral goed in specifieke soorten berekeningen.

Toch moeten we de quantumcomputer niet onderschatten. In de jaren veertig zei IBM-topman Thomas Watson dat er in de wereld plek was voor vijf computers. Meer zouden we niet gebruiken. Nou, dat bleek niet te kloppen. De quantumcomputer zou ons net zozeer kunnen verrassen.’