Een fluxonium-qubit kan zijn nuttige quantumeigenschappen circa 1,48 milliseconden behouden. Dat is veel langer dan andere, vergelijkbare qubit-kandidaten voor quantumcomputers.
Een nieuw type supergeleidende qubit, of quantumbit, heeft het record gebroken voor hoe lang het zijn quantumeigenschappen kan behouden. Die langere stabiliteit is belangrijk voor toekomstige quantumcomputers.
De eerste stap bij het bouwen van een quantumcomputer is kiezen hoe je de hoofdingrediënten, de qubits. Een populaire keuze van veel onderzoekslaboratoria en industriële spelers zoals IBM en Google, is de supergeleidende transmon-qubit.
‘Er is heel veel mis met de p-waarde’
De p-waarde is tegenintuïtief en wordt vaak onjuist gebruikt, stelt wiskundige Rianne de Heide. We moeten naar een alternatief.
Maar zoals alle qubits kunnen ook transmons door kleine verstoringen in hun omgeving onbruikbaar worden voor het opslaan en verwerken van quantuminformatie. Aaron Somoroff van de Universiteit van Maryland en zijn collega’s hebben nu aangetoond dat een fluxonium-qubit, een complexer supergeleidend neefje van de transmon, langer dienst kan blijven doen.
Supergeleidende materialen geleiden stroom zonder last te hebben van energieverlies door weerstand. Er zijn verschillende qubits die gebruikmaken van quantumeigenschappen van supergeleiders.
Supergeleidend fluxonium
Zij maakten hun fluxonium-qubit door extreem dunne draden van titanium en aluminium in een speciale configuratie op een zogeheten saffierchip te leggen. Daardoor ontstond er een groot aantal kanalen tussen rijen supergeleidende eilanden. Deze draden zijn alleen supergeleidend alleen als ze extreem koud zijn, dus hielden de onderzoekers de chip in een koelkast bij een temperatuur van ongeveer 0,008 Kelvin (-273℃).
Door het slim gekozen ontwerp en de superleidende draden vertoonde deze chip verschillende quantumtoenstanden toen de onderzoekers er een elektrische stroom door lieten lopen. Elk van die toestanden kon worden gebruikt om informatie te coderen in enen en nullen, vergelijkbaar met hoe gewone computers werken. Omdat het quantumtoestanden zijn, kunnen de toestanden naast 1 en 0 ook een combinatie van die twee zijn.
Om te beoordelen hoe nuttig deze vele toestanden zijn, heeft het team de coherentietijd van de chip gemeten, die aangeeft hoe lang een qubit informatie foutloos kan opslaan.
Milliseconden
Somoroff zegt dat de beste transmon-qubits coherentietijden hebben van honderden microseconden. Hij en zijn team hebben ongeveer 1,48 milliseconden gemeten voor hun fluxonium-qubit. Zij stelden ook vast dat zij de toestand van hun qubit konden veranderen, iets wat vele malen zou moeten gebeuren tijdens een berekening op een quantumcomputer. Dat lukte met een betrouwbaarheid van 99,991 procent. Dit maakt de fluxoniumqubit een van de meest betrouwbare qubits die er bestaan. Ze zullen bijna altijd van toestand veranderen zoals opgedragen.
Deze eigenschappen zijn een belangrijke stap naar praktisch toepasbare quantumcomputers, zegt natuurkundige Chen Wang van de Universiteit van Massachusetts Amherst. Maar er valt nog meer te ontwikkelen.
‘Er zijn veel dingen om rekening mee te houden bij het bouwen van een bruikbare quantumcomputer. Je moet een lange coherentietijd (stabiliteit van de quantumtoestand) hebben en qubits met hoge snelheden laten werken. Maar je moet ook informatie zonder fouten kunnen uitlezen en meerdere qubits met elkaar laten praten’, zegt hij.
Inhaalrace
‘Een coherentietijd in milliseconden is opvallend lang’, zegt quantumcomputeronderzoeker Ian Mondragon Shem van de Northwestern Universiteit in Illinois. ‘Het verbeteren van de coherentietijden zou de kans vergroten dat fluxonium-qubits meer gemeengoed worden.’
Mondragon Shem zegt dat de supergeleidende schakelingen waaruit fluxonium-qubits bestaan gecompliceerder zijn, en moeilijker om te maken dan de schakelingen die voor transmonen worden gebruikt. Desondanks, zegt hij, heeft fluxonium de laatste jaren aan populariteit gewonnen onder onderzoekers.
Somoroff schrikt niet terug voor mogelijke fabricageproblemen. ‘We konden met een klein team in een academische omgeving vrij betrouwbaar fluxonium-qubits maken, dus een bedrijf als Google of IBM zou het ook kunnen. Ik denk eigenlijk dat we vrij dicht bij het moment komen waarop fluxonium de transmon inhaalt’, zegt hij.
