Doorbraak in kwantumcomputing: QuTech ontwikkelt kwantum gates met zeer lage foutmarge

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Physical Review Applied op 21 maart 2025. Kwantumcomputers kunnen naar verwachting problemen oplossen die buiten het bereik van klassieke computers liggen. kwantumberekeningen bestaan uit een lange reeks basisoperaties genaamd kwantum gates, die zeer precies moeten zijn. De foutmarge tijdens deze operaties moet onder een bepaalde drempel blijven zodat foutcorrectiemethoden effectief kunnen werken en betrouwbare berekeningen mogelijk zijn. De drempel ligt meestal tussen 0,1% en 1%.

Diamant-spin qubits

Zogeheten diamant-spin qubits zijn een veelbelovende vorm van qubits voor kwantumcomputing. Deze qubits bestaan uit elektron- en kernspins die verbonden zijn aan atoomdefecten in diamant, zoals een stikstofatoom dat een koolstofatoom vervangt. Ze werken bij relatief hoge temperaturen tot 10 Kelvin en zijn goed beschermd tegen ruis. Bovendien kunnen ze via fotonen verbonden worden, wat verdeelde berekeningen over kwantumnetwerken mogelijk maakt. Het realiseren van een volledige set kwantum gates met lage foutcijfers was echter tot nu toe een uitdaging.

De onderzoekers bij QuTech melden echter een zeer precieze set universele kwantum gates te hebben gerealiseerd met behulp van een diamant kwantum chip. Ze gebruikten een systeem van twee qubits, waarbij de ene qubit werd gevormd door de elektronenspin van het defectcentrum en de andere door zijn kernspin van stikstof. Elke gate in dit systeem functioneerde met een foutmarge onder 0,1%, terwijl sommige gates zelfs foutmarges zo laag als 0,001% bereikten. Om deze precisie te bereiken moesten de onderzoekers systematisch bronnen van fouten verwijderen, zoals het gebruik van ultrazuivere diamanten en het ontwerpen van gates die de spin qubits effectief van elkaar en van omgevingsruis afschermden.

Meer informatie is hier te vinden.