Woensdag 23/09/2020

Wetenschap

Quantumcomputer stap dichterbij door twee halfdode katten

Een quantumchipset.Beeld thinkstock

Het aloude quantumraadsel van de kat die tegelijk dood en levend is, gaat een hoofdrol spelen in de ontwikkeling van een werkende quantumcomputer, die algemeen wordt gezien als de ultieme rekenmachine van de toekomst. Dat denken Amerikaanse natuurkundigen, die vrijdag een experiment in Science publiceren met een elektronische versie van de beroemde kat van Schrödinger.

De resultaten van de proeven, zegt de Nederlandse quantumfysicus dr Reinier Heeres van het team van de Yale-universiteit, kunnen quantumcomputers de broodnodige stabiliteit geven. "Quantumtoestanden zijn uiterst kwestbaar voor verstoringen. Met ons systeem kun je gemakkelijk reservekopieën van informatie maken, zodat fouten op te sporen zijn en ook te repareren."

In een quantumcomputer worden geen gewone bits van enen en nullen gebruikt, maar zogeheten quantumbits. Zulke qubits verkeren in een toestand die tegenlijk één en nul is. Door die schifting zal een computer met informatie in qubits talloze berekeningen tegelijk uitvoeren. Dat biedt perspectief op ongekende rekenkracht, waarmee geheime codes gekraakt kunnen worden of gecompliceerde moleculen doorgerekend, bijvoorbeeld voor nieuwe geneesmiddelen.

Probleem aan quantumrekenen, zegt Heeres vanuit New Haven in de VS, is de extreme foutgevoeligheid. "Als we die niet beheersen, weet je niet of oplossingen en antwoorden wel deugen." Het lastige is, dat ook een controle of de qubit nog wel intact is, de quantumtoestand in de war stuurt.

Levend en dood

In de nieuwe experimenten gebruiken de onderzoekers een trilholte waarin radiogolven op verschillende manieren kunnen trillen. Zolang er niet naar de holte wordt gekeken, verkeert het systeem net als een qubit in verschillende toestanden tegelijk. Voordeel is dat het systeem relatief groot is, in de orde van een centimeter. De meeste quantumsystemen gebruiken enkele atomen of zelfs elektronen als het hart van een qubit.

Dat lijkt sprekend op het idee van de Oostenrijkse quantumpionier Erwin Schrödinger uit de jaren 30 van de vorige eeuw, toen de vraag was of de principiële quantumgeschiftheid alleen voor deeltjes geldt of ook voor grotere, meer alledaagse systemen. Schrödinger stelde zich een dichte doos voor met een radioactief atoom en een kat. Als dat atoom spontaan vervalt, activeert het een gifampul die de kat doodt, maar niemand kan weten of dat al gebeurd is, zolang de doos dicht is. In feite, zei Schrödinger,verkeert de hele kat in twee toestanden tegelijk: levend en dood. Net als een quantumdeeltje. De paradox is dat er in de praktijk zelden iets van quantumgedrag te zien is: appels en bowlingballen hebben altijd maar één toestand, niet meer.

Wat de Amerikaanse onderzoekers in Science laten zien is een elektronisch quantumkat-systeem met twee dozen, de een een kopie van de ander. Door de kopiën te vergelijken wordt het systeem niet verstoord en wordt het mogelijk om een verstoring te corrigeren, zegt Heeres. "We zien een netwerk van gekoppelde quantumkatten voor ons die bijvoorbeeld een stabiel geheugen voor een quantumcomputer gaan vormen." In een nieuw artikel laat de groep op Yale ook zien dat toestanden tot wel 2.5 miliseconde goed blijven, een eeuwigheid in quantumbegrippen.

Beeld thinkstock

Fundamenteel, zegt hoogleraar quantumfysica prof Ronald Hanson van QuTech aan de TU Delft, is het Amerikaanse experiment misschien niet heel verrassend. Maar de technologie is intrigerend en belangrijk, zegt hij. "Een handzaam systeem dat de foutgevoeligheid verkleint is ongeveer de heilige graal van de quantumcomputer." In Delft worden qubits ontwikkeld op basis van atoomdefecten in diamant, in supergeleidende microcircuits en exotische nanodraadjes. Daarvan kopieën maken, is mogelijk, maar veel lastiger.

Heeres, die zelf opgeleid is in Delft, denkt dat de uiteindelijke quantumcomputer nog wel twintig jaar op zich laat wachten, en dat die dan een combinatie van technieken zal omvatten. "We staan eigenlijk nog maar aan het begin, en in feite weten we zelfs niet goed wat we met quantumrekenen zullen kunnen. Ik denk dingen die we nu nog helemaal niet voorzien."

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234