Alpine Quantum Technologies is bezig met de ontwikkeling van een commercieel bruikbare quantumcomputer. Daarmee gaat de onderneming de concurrentie aan met grote bedrijven als Google en IBM. In tegenstelling tot Google werkt deze start-up met een zogenoemde ionenval. Ook zet Alpine Quantum Technologies in op een goed werkende foutcorrectie, in plaats van het verhogen van het aantal qubits. Alpine Quantum Technologies is een spin-off van de Universiteit van Innsbruck en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen (ÖAW).

De oprichters zijn quantumfysici. Zij denken in 2022 met een bruikbaar prototype voor een quantumcomputer te komen. Het model moet de grootte van een 19-inch serverrack hebben en modulair opgebouwd zijn om toepassingsspecifieke oplossingen mogelijk te maken.

Quantumcomputer kan veel getallen tegelijk verwerken

Fundamenteel voor alle quantumtechnologieën zijn quantumbits, die geen waarde hebben van nul of één zoals de klassieke bits, maar tegelijkertijd nul of één kunnen zijn. Deze superpositie toestand van qubits – bekend als het superpositie principe – stelt quantumcomputers in staat om vele getallen tegelijk te verwerken. Conventionele computers daarentegen voeren de ene berekening na de andere uit – en zijn dus veel langzamer.

Bovendien moeten verschillende qubits in een quantumcomputer worden ingevoerd. Bij dit fenomeen blijven twee quantumsystemen op elke afstand met elkaar verbonden. Als de ene qubit wordt gemanipuleerd, heeft dit een directe invloed op de toestand van de andere qubit. Toch functioneert het rekenproces in de quantumcomputer deterministisch, zoals elke klassieke berekening. Het resultaat wordt verkregen door het meten van het quantumregister. De metingen zijn gebaseerd op waarschijnlijkheden, zegt mede-oprichter professor Rainer Blatt, hoofd van het Instituts für Experimentalphysik aan de Universiteit van Innsbruck. Indien nodig kan het algoritme meerdere malen worden uitgevoerd om het resultaat te verkrijgen.

Voordelen van de ionenval

De Universiteit van Innsbruck heeft naam gemaakt met het onderzoek naar zogenoemde ionenvallen. Blatt beschouwt deze technologie als de meest volwassen ter wereld. Niet in de laatste plaats omdat de eerste quantumcircuits ook met ionenvallen werden gerealiseerd. Het waren de quantumfysici Peter Zoller en Ignacio Cirac die deze technologie voor de quantumcomputer voorstelden. Zoller is mede-oprichter van Alpine Quantum Technologies. Cirac is lid van de adviesraad. De ontwikkeling vond plaats in het Instituut voor Experimentele Fysica van de Universiteit van Innsbruck en in het Instituut voor Quantumoptiek en Quantuminformatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen.

In een ionenval worden ionen, d.w.z. elektrisch geladen atomen, gevangen door middel van elektrische en magnetische velden. Afhankelijk van het type en de sterkte van de werkingsvelden kunnen ionen van een bepaalde massa worden ingesloten. Door het manipuleren van enkele identieke atomen kan het team van Alpine Quantum Technologies de volledige verwikkeling van de individuele qubits garanderen. Dit is niet het geval met supergeleidende circuits. Andere voordelen van de technologie zijn:

  • een topologisch gecodeerde quantumfoutcorrectie
  • de implementatie van een aanpasbaar kort algoritme;

Quantumsuprematie

Google stelde onlangs de superioriteit van quantumcomputers ten opzichte van klassieke computers voor het eerst te hebben aangetoond met supergeleidende circuits. Supergeleidende circuits zijn gebaseerd op computerchips. De laatste jaren is veel geld gestoken in de productie van computerchips. Daarom ziet Blatt daarin alleen de hoop van onderzoekers en investeerders om ze te kunnen gebruiken voor quantumcomputers. Volgens hem is er nog geen bewijs voor de superioriteit van een technologisch platform. Ook Google heeft nog geen oplossing voor twee cruciale problemen:

Een ander probleem is dat de ontwikkeling van quantumcomputers zich vooral beperkt tot de toename van het aantal qubits in het systeem. Voor berekeningen die verder gaan dan de prestaties van klassieke computers, zouden echter 45 qubits in eerste instantie al voldoende zijn. En dat kan binnenkort op de universiteit van Innsbruck, zegt Blatt.

Het is volgens hem belangrijker om steeds complexere berekeningen op quantumcomputers aan een goed functionerende foutcorrectie te onderwerpen. Hoewel er al technieken bestaan en zijn geïmplementeerd, is de seriële toepassing ervan nog niet mogelijk. Volgens Blatt gaat de ontwikkeling van een functionerende foutcorrectie hand in hand met de ontwikkeling van schaalbare technieken.

Peter Zoller en Ignacio Cirac kregen in augustus 2019 gezamenlijk de John-Stewart-Bell-Prijs voor hun onderzoek van fundamentele vragen van de quantummechanica en hun toepassingen. Het onderzoek is mogelijk gemaakt dankzij financiering van de Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG).

Ook interessant:

Nieuw nanomateriaal moet teleportatie van Majorana-deeltjes definitief aantonen: stappen richting quantumcomputer 

Via hashtag-wisseltruc stap dichter bij quantum computer

Meer artikelen over quantumtechnologie leest u via deze link.