Onderzoekers van het Kavli Instituut aan de TU Delft en het Japanse NTT zijn erin geslaagd hun kwamtumbits uit te lezen zonder de toestand te vernietigen. ’Dit is nog niet vaak gedemonstreerd en is een belangrijke stap op weg naar een praktische toepassing van kwantumcomputers‘, zegt Pieter de Groot van de TU Delft. De onderzoekers beschrijven hun werk in Nature Physics.
Waar een computerbit een één of een nul representeert, is bij een kwantumbit of qubit ook een superpositie van toestanden mogelijk. ’Een elektron in een atoom kan zich bijvoorbeeld in een van de beschikbare banen bevinden, maar ook voor 30 procent in de ene en 70 procent in een andere‘, zegt De Groot. Hij benadrukt dat dat niet hetzelfde is als een positie ertussenin.
De werking van een kwantumcomputer is hierop gebaseerd. Omdat een qubit zich in verschillende toestanden tegelijk kan bevinden, zijn er meerdere parallelle berekeningen mogelijk. De bottleneck zit echter bij de meting. Die verstoort de superpositie door het systeem in een van de twee toestanden te dwingen. ’Daarom is een kwantumberekening alleen maar geschikt voor specifieke toepassingen‘, zegt De Groot.
Een ander probleem is dat de meting het systeem vaak zodanig verstoort dat de kwantumtoestand volledig onvoorspelbaar verandert. In het nieuwe werk laten de Delftenaren zien dat dit te vermijden is. ’We verstoren het systeem niet meer dan strikt noodzakelijk‘, legt De Groot uit. De eerste peiling is in feite een toevalsproces, maar opeenvolgende metingen laten steeds dezelfde uitkomst zien. Bij praktische toepassingen is dit van belang voor bijvoorbeeld foutcorrectie en het initialiseren van het systeem.
PhD pitches at the Benelux RF Conference
Learn about the latest trends and developments in high-end RF techniques. On 24 May, the Benelux RF Conference will take place in Nijmegen. New this year are the PhD pitches, in which young professionals present their research results. Make sure to reserve your seat in time and register now.
Als qubits gebruiken de Delftenaren aluminium ringetjes op een chip. Deze bestaan weliswaar uit een groot aantal deeltjes, maar gedragen zich als een enkel kwantumobject. Het uitlezen van de kwantumtoestand gebeurt met een superconducting quantum interference device (Squid). Die bestaat uit een stuk supergeleidend materiaal waar een elektrische stroom doorheen loopt. ’Als die sterk genoeg is, veranderen de geleidingseigenschappen. De exacte grenswaarde is afhankelijk van de sterkte van het magneetveld dat de stroom opwekt‘, aldus De Groot. ’Daarmee kun je een meting uitvoeren.‘
Probleem hierbij is dat het schakelen tussen de twee toestanden allerhande ellende veroorzaakt. De Groot: ’Op zo‘n kleine schaal komt er een explosie van warmte vrij.‘ Daarmee wordt de kwantumtoestand onherstelbaar beschadigd. ’Bij deze methode kun je na een meting niet meer zeggen in welke toestand het systeem verkeert.‘
De onderzoekers hebben het proces nu aangepast door een andere grootheid van de Squid te gebruiken, namelijk inductie als er stroom doorheen loopt. De sterkte hiervan is ook afhankelijk van het magneetveld. ’We hebben de Squid opgenomen in een resonant circuit. De resonantiefrequentie is een maat voor de magnetische veldsterkte‘, vertelt De Groot. ’De stroomsterkte blijft hierbij onder de schakelwaarde van de Squid, waardoor de verstoring niet optreedt.‘