Voor het bouwen van een grootschalige quantumcomputer bevinden twee strategieën zich in een nek-aan-nek-race. Beide partijen zijn nu in staat om simpele apparaten te creëren, die gebruik maken van verschillende soorten quantumsoftware.

Een kijkje in de iongevangenis. Bron: S. Debnath en E. Edwards/JQI
Een kijkje in de iongevangenis. Afbeelding: S. Debnath en E. Edwards/JQI

Aanvankelijk lag de finish van de race bij de realisatie van een enkel quantumalgoritme. Een bekend voorbeeld is het algoritme van Shor, een manier om delingen van grote getallen efficiënt op te lossen. Dat kost nu nog jaren rekentijd, maar wanneer je dit algoritme op een quantumapparaat laat draaien zou dat alledaagse computers enorm moeten overtreffen. Helaas blijkt deze strategie beperkt: computers ontworpen met dit systeem zou je immers steeds weer moeten vervangen wanneer je een nieuwe app wilt installeren.

Programmeerbare quantumcomputers

In tegenstelling tot deze computers met een enkel doel, zijn programmeerbare quantumcomputers veel interessanter. In mei dit jaar verklaarde IBM dat het werkt aan een dergelijk systeem, wat voor iedereen toegankelijk zal zijn op het internet. Deze computer gebruikt vijf quantumbits, of qubits, die tot relatief makkelijke taken zijn beperkt, maar wel als een normale PC te programmeren zijn. Een dergelijk apparaat is ook ontwikkeld door onderzoekers van Google, hoewel deze variant niet openbaar is gemaakt.

Iedereen kan overweg met een 'derde duim'
LEES OOK

Iedereen kan overweg met een 'derde duim'

Iedereen kan wennen aan een extra robotduim, van kinderen tot senioren. Dat stelden Britse onderzoekers vast bij een wetenschapsfestival.

Beide computers gebruiken supergeleidende qubits, gebouwd met technieken uit de reguliere computerchipindustrie. Daartegenover wist een team van de University of Maryland een programmeerbare vijf-qubit computer te realiseren met een beduidend andere aanpak.

Hun qubits bestaan uit, door magneetvelden en lasers ‘gevangen’, ytterbium-ionen. Een technologie die gelijkenissen vertoont met de werking van een atomische klok. ‘Ionen zijn de quantumeenheden van de natuur,’ verklaart teamlid Shantanu Debnath. ‘Als je er een aantal in een processor plaatst, zijn ze allemaal identiek, wat een significant voordeel is.’

Verstrengelcommunicatie

Gevangen-ionqubits hebben nog een voordeel ten opzichte van hun supergeleidende tegenhangers, namelijk de vreemde eigenschap van quantumverstrengeling. Dit stelt de computer in staat om data makkelijker te verwerken. ‘Alle ionen kunnen elkaar beïnvloeden,’ zegt Debnath. ‘Quantumverstrengeling leent zich volledig voor parallelle computers en, daarom ook, de versnelling van berekeningen.’

Dat supergeleidende qubits slechts in staat zijn om data uit te wisselen met een naaste buur is een nadeel. Hierdoor moeten twee gescheiden qubits alle tussengelegen eenheden doordringen om te communiceren. ‘Dat zal ze op de lange termijn duur komen te staan,’ stelt Debnath. De mogelijkheid om bestaande chipfabricatietechnieken te gebruiken, maakt het wel veel makkelijker om deze systemen in bulk te produceren, wat weer gunstig is voor team supergeleiding.

Gevangen-ionqubits en supergeleiders zijn de twee verst gevorderde varianten van quantumhardware op dit moment, volgens Simon Devitt van het RIKEN-centrum in Saitama, Japan. ‘Quantum-informatietechnologie gaat nu door een tweede renaissance, technologische vooruitgang en investeringen groeien in een steeds hoger tempo. Dergelijke resultaten zijn geweldig om te zien en ik hoop dat ze blijven komen.’ Welke van de twee technieken de race uiteindelijk zal gaan winnen, valt nog te bezien.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder: