Ironel Chiorescu, Kees Harmans en Hans Mooij (Technische Universiteit Delft) en Yasunobu Nakamura (van het Japanse bedrijf NEC) hebben een werkende qubit gebouwd. Qubits zijn de bouwstenen voor kwantumcomputers, die naar verwachting zelfs de modernste supercomputers in het stof zullen laten bijten. Op donderdag 20 februari publiceerden ze daarover op de website Science Express.

Chiorescu en collega’s hebben een qubit weten te bouwen die 2 micrometer (twee miljoenste meter) groot is. De Delftse qubit is veel groter dan andere ontwerpen en daarin zit meteen de kracht van het apparaat. Hoe kleiner een apparaat, hoe beter het aan de kwantummechanica voldoet. Maar: hoe gevoeliger het ook is voor storing. Normaal draagt één atoom (een voorwerp van enkele miljardste meters groot) de kwantuminformatie. In Delft gebruiken ze niet één deeltje als informatiedrager, maar laten ze een hele massa elektronen exact hetzelfde bewegen. Zo’n menigte is veel beter bestand tegen allerlei verstoringen van buitenaf. Bovendien is het makkelijker om metingen aan een hele menigte dan aan één enkel deeltje te doen.

Chiorescu en zijn collega’s hebben niet de eerste of kleinste qubit weten te maken. In tegendeel, hun apparaat meet een volle 2 micrometer! Normaal gedraagt iets van die grootte zich helemaal niet kwantummechanisch. Waarom dan toch zo’n grote qubit proberen te maken? In Delft bekeken ze de zaak anders dan anders. Losse deeltjes gedragen zich dan wel prachtig volgens de kwantummechanica, maar ze zijn enorm gevoelig voor storing. Eén enkele botsing brengt de qubit al van slag. Maar kwantummechanica gaat over méér dan kleine deeltjes.

Supergeleiding

Neem supergeleiding. Als je een metaal extreem afkoelt, valt de elektrische weerstand ineens helemaal weg. Tegelijkertijd gaan de elektronen in het metaal hun gedrag op elkaar afstemmen zodat ze allemaal hetzelfde bewegen. Daarvan kan mooi gebruik worden gemaakt in een qubit. Als alle elektronen hetzelfde bewegen, dragen ze ook dezelfde informatie. En omdat ze allemaal hetzelfde doen, kun je ze in theorie bekijken als één elektron met een hoop kopieën – dat voldoet aan de kwantummechanica. Daarom kan de menigte elektronen in het metaal toch kwantuminformatie dragen, maar is ze minder kwetsbaar voor verstoringen. Er zijn immers altijd veel elektronen die niet door een botsing geraakt worden.

In een normale computer heeft een bit de waarde 0 of 1. Een qubit maakt op slimme manier gebruik van de kwantummechanica om meerdere waardes tegelijk te hebben. Door verschillende qubits te koppelen kan kunnen zo vele berekeningen tegelijk worden uitgevoerd. De snelheidswinst die je dan krijgt is genoeg om ‘onbreekbare’ codes toch te kraken of om gigantische simulaties in no-time af te maken.

In actie?

Niet alleen zijn er al qubits, er zijn ook al algorithmes – rekenrecepten – voor kwantumcomputers ontwikkeld. Met die rekenrecepten kunnen kwantumcomputers hun volle capaciteit benutten. Zelfs is de eerste kwantumcomputer al gebouwd en gebruikt; een probeersel van zeven qubits dat een simpele berekening uitvoerde. Die computer bestond uit een molecuul met daarin zeven speciale atomen die als qubit dienden. De Delftse onderzoekers hopen, dat hun qubit makkelijker in grote hoeveelheden kan worden gebouwd en gebruikt. Dat zou de weg openen naar echt grote kwantumcomputers. En, uiteraard, naar onderzoekers die met echt grote rekenproblemen aankomen. Want zo gaat het: hoe krachtig de computer of experiment ook is, er is altijd wel iemand die er het uiterste uit wil halen.