Onderzoekers hebben een recordaantal van 51 supergeleidende qubits met elkaar verstrengeld in een quantumcomputer. De quantumverstrengeling was alleen in paren, maar elke qubit was met met elke andere verstrengeld.

Chinese onderzoekers hebben bewezen dat ze een recordaantal quantumbits, of qubits, met elkaar verstrengeld hebben in een quantumcomputer. Er zijn eerdere pogingen geweest om dit te doen met een relatief groot aantal qubits, maar bij geen enkele poging hebben onderzoekers de verstrengeling ook kunnen aantonen.

Voor twee quantumverstrengelde deeltjes geldt dat het veranderen van een eigenschap van het ene deeltje automatisch diezelfde eigenschap van de ander verandert. Bij een groter aantal deeltjes kan niet alleen ieder paar verstrengeld zijn, maar kunnen ook alle deeltjes verstrengeld zijn alle andere deeltjes.

De geschiedenis van de  wiskunde is diverser dan je denkt
LEES OOK

De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt

Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...

Eind jaren 1980 ontdekten onderzoekers hoe ze drie of vier lichtdeeltjes op deze complexere manier met elkaar konden verstrengelen. Recent zijn maar liefst 27 qubits verstrengeld in quantumcomputers. Nu hebben natuurkundige Xiao-bo Zhu van de Chinese Universiteit voor Wetenschap en Technologie en zijn collega’s dat aantal opgevoerd tot 51 qubits.

Twee keer een recordaantal

De onderzoekers gebruikten de Zuchongzhi-quantumcomputer, die eerder werd gebruikt om complexe rekenproblemen zo snel op te lossen, dat onderzoekers stelden dat hij quantumsuprematie had bereikt. Dat betekent dat geen enkele conventionele supercomputer hem in snelheid zou kunnen verslaan. Zuchongzhi bevat 66 supergeleidende qubits, kleine lussen van een materiaal dat elektriciteit geleidt zonder energieverlies. De onderzoekers kunnen de toestand van de qubits veranderen met microgolven, en stemmen met gepulste magnetische velden af hoe verschillende qubits met elkaar samenwerken.

Met deze beïnvloedingsmethoden maakten ze zogeheten quantum-logische poorten. Zo’n poort bestaat uit reeksen van acties die de quantumtoestanden van de qubits veranderen. De onderzoekers slaagden erin deze quantum-logische poorten toe te passen op veel paren qubits tegelijk. Op deze manier verstrengelden ze 51 qubits op een rij en 30 qubits in een tweedimensionaal vlak, in beide gevallen een recordaantal.

‘Dit succes is te danken aan zorgvuldige kalibratie en weloverwogen ontwerpkeuzes voor het apparaat’, zegt natuurkundige Nathan Lacroix van de ETH Zürich in Zwitserland. Hoewel dit de kracht van Zuchongzhi aantoont, zegt hij dat andere onderzoekers eerder soortgelijke systemen hebben gemaakt met wel 57 verstrengelde qubits, maar die konden niet verifiëren dat elke qubit verstrengeld was met elke andere qubit.

Essentieel ingrediënt

‘Verstrengeling is een van de belangrijkste verschillen tussen conventionele computers en quantumcomputers, en het is een essentieel ingrediënt in quantumalgoritmen. Het aantonen van grote aantallen verstrengelde qubits is daarom een belangrijk criterium voor een quantumcomputer’, zegt natuurkundige Charles Hill van de Universiteit van New South Wales in Australië. Hill en zijn collega’s probeerden een soortgelijke prestatie te bereiken met een 65-qubit-apparaat, maar konden alleen bewijzen dat de qubits paarsgewijs verstrengeld waren, niet als een hele groep.

‘We moesten een nieuwe methode ontwikkelen om verstrengeling waar te nemen’, zegt Zhu. Dit vergde de slimme keuze van een minimale hoeveelheid metingen die toch genoeg informatie verzamelt om te bepalen wat de qubits aan het doen zijn, zonder dat het te veel tijd of rekenkracht kost.

Natuurkundige Christian Andersen van de Technische Universiteit Delft zegt dat de onderzoekers een indrukwekkende technische prestatie hebben geleverd, ondanks dat het niet meteen duidelijk is hoe 51 verstrengelde qubits gebruikt kunnen worden in berekeningen. Volgens Andersen hebben de onderzoekers een zeer complex systeem gecreëerd dat op zichzelf interessant is, omdat het geen tegenhanger heeft in de klassieke natuurkunde. ‘Dit werk zou andere onderzoekers kunnen vertellen wat we eigenlijk kunnen doen met supergeleidende qubits’, zegt hij.