Hoe elektronica bevriezen helpt om grotere quantumcomputers te bouwen

By Team IO

Vries in die elektronica! Dat was de gedachte van onderzoekers van Fujitsu en QuTech, een samenwerking tussen de TU Delft en TNO. Ze hebben nieuwe en ultrakoude elektronica ontwikkeld om op diamant gebaseerde quantumbits aan te sturen. Als resultaat van hun gezamenlijke onderzoeksproject wordt het mogelijk om grotere quantumcomputers te bouwen, aldus TU Delft in een persbericht.

De quantumcomputer van de toekomst zal miljoenen quantumbits, of ‘qubits’, bevatten. Ze zullen in staat zijn om complexe problemen veel sneller te verwerken dan klassieke computers, vooral op gebieden als cryptografie, optimalisatie en simulatie. Bovendien zullen ze in staat zijn om problemen op te lossen die onmogelijk zijn voor klassieke computers, wat een belangrijke mijlpaal is in de geschiedenis van de informatica.

Dichtbij het absolute nulpunt

Voordat het zover is, moeten er een paar uitdagingen overwonnen worden. Eén daarvan is het handhaven van de extreem lage temperatuur, waarbij de qubit normaal gesproken werkt. Qubits maken gebruik van extreem kwetsbare quantumeffecten die door veel dingen worden verstoord, zoals zelfs de kleinste hoeveelheid warmte. Daarom worden qubits afgekoeld tot de koudst mogelijke temperaturen, dicht bij het absolute nulpunt: 0 Kelvin (of -273°C).

Het is nu gangbaar om een paar qubits koud genoeg te houden door ze in een kleine cryogene koelkast te plaatsen en ze met een paar draden te verbinden met de elektronica buiten de koelkast. Maar het is erg moeilijk om duizenden of zelfs miljoenen qubits aan te sluiten met evenzoveel draden die de koelkast uitkomen. Zoveel draden tussen de koude qubits en de elektronica op kamertemperatuur heeft een dramatische invloed op de betrouwbaarheid, de fabricage en de grootte van het apparaat.

Grootste investering in Nederlands quantumbedrijf tot nu toe

Het Nederlandse quantumbedrijf QphoX heeft een financieringsronde van €8 miljoen opgehaald in een belangrijke ontwikkeling voor de snelgroeiende quantumindustrie van het land.

Vries in die elektronica!

Waarom niet de hele computer bevriezen, in plaats van alleen de qubits? Dat is makkelijker gezegd dan gedaan, omdat de meeste elektronica alleen bestand is tegen omgevingstemperaturen van -40°C tot +125°C, temperaturen die veel hoger liggen dan de temperatuur van de typische qubit. Maar dit is precies wat onderzoekers en ingenieurs van QuTech – een samenwerking tussen de TU Delft en TNO – deden. Ze gebruikten zogenaamde cryo-CMOS hardware om de extreme temperaturen van een qubit koelkast te weerstaan, zonder dat dit ten koste ging van de prestaties van het hele systeem en de schaalbaarheid.

Dr. Shintaro Sato, Fellow, SVP & Head of Quantum Laboratory bij Fujitsu Research, Fujitsu Limited, legt uit: “De resultaten van ons gezamenlijk onderzoek onderstrepen het potentieel van cryo-CMOS-technologie voor diamant-spin-qubits om dit knelpunt te overwinnen. We verwachten dat de nieuwe technologie ons in staat zal stellen om de hoge schaalbaarheid te bereiken die verwacht wordt in quantumcomputers die diamant-spin-qubits gebruiken.”