Quantumcomputer steeds dichterbij dankzij Nederlandse RF-technologie

Quantumcomputer steeds dichterbij dankzij Nederlandse RF-technologie

Door: FHI Digitale Service

Er is een wedloop gaande onder wetenschappers en techreuzen. Doel: de bouw van de eerste volledig functionerende quantumcomputer. Ook in Nederland is de race volop gaande. TNO en de TU Delft slaan met onderzoekscentrum QuTech de handen ineen om qubits, de razendsnelle maar uiterst gevoelige rekeneenheden in een quantumprocessor, onder controle te krijgen. Twee van hen spreken op de RF Technology days 2018.

Door: Dimitri Reijerman

Dankzij het feit dat individuele qubits (kwantumbits) een superpositie van toestanden kunnen bevatten en ze met hun 'buur qubits' multi-qubit operaties (gates) kunnen uitvoeren, schaalt de rekenkracht snel op bij een toenemend aantal qubits. Door deze eigenschappen in de kwantummechanica op een slimme wijze te benutten, kunnen wetenschappers met quantumcomputers in potentie vele malen sneller rekenen dan computers die het traditionele binaire systeem gebruiken.

Bedrijven als IBM, Google, Intel en Microsoft investeren momenteel miljarden euro’s om een volledig functionerende quantumcomputer te bouwen. In Nederland zijn kwantumwetenschappers en high-tech engineers met tal van specialismen bezig. Onder hen specialisten in RF- en microgolfelektronica, digitaal/FPGA/VHDL, meet- en besturingssoftware en fijnmechanica. Zij zijn binnen het QuTech-consortium op zoek naar de heilige graal.

Betrouwbaar qubits uitlezen

Duije DeurloOndanks de hoogst interessante eigenschappen van een quantumcomputer, is het tot nu toe uiterst lastig gebleken om de opgeslagen waardes in een qubit betrouwbaar en schaalbaar uit te kunnen lezen en te besturen. Zowel de besturing als de uitlezing van een qubit gebeurt met microgolffrequenties tussen 4 en 8 GHz, legt RF- en microgolfspecialist Duije Deurloo van TNO uit: "Daarmee is de in- en outputbus van een individuele qubit eigenlijk een RF-verbinding. Met een RF-veld kunnen we, via een microwave-drive line, een qubit programmeren en via een microwave read out line weer uitlezen.”

Deurloo heeft onderzoek gedaan naar de aansturing van grotere aantal qubits met behulp van een inmiddels gepatenteerde microwave vector switch matrix.  Samen met zijn collega’s probeert hij qubits op een efficiënte wijze aan te sturen. Een door TNO ontworpen derde generatie prototype van een microwave vector switch matrix is recent opgenomen in de opstelling om de quantumchips, ontworpen door de TU-Delft en geproduceerd door Intel, aan te kunnen sturen.

Mede dankzij deze ontwikkelde RF-hardware wordt het mogelijk om de besturing van quantumchips op te schalen naar grotere aantallen qubits per chip. Deurlo is bezig om zijn derde generatie microwave vector switch te finetunen. De huidige installatie kan tot 64 qubits aansturen en biedt in de ogen van Deurloo nog volop mogelijkheden tot complexere chipontwerpen.

Quantum supremacy

Inmiddels is de race naar de eerste praktisch bruikbare quantumcomputer nog verder op stoom gekomen door de recente mededeling van Google dat het dicht bij quantum computing supremacy zou zijn. Googles Bristlecone-quantumprocessor, die 72 qubits bevat, zou deze klus kunnen klaren. Ook Intel heeft in januari een experimentele quantumprocessor, met werknaam Tangle-Lake, gelanceerd om hetzelfde doel te bereiken.

Bij quantum supremacy moet een quantumchip het bewijs leveren dat quantumcomputing beter kan gaan presteren dan een reguliere supercomputer bij het ‘ kraken’ van een specifiek wetenschappelijk probleem. “Als deze ‘wet van quantum-Moore’ wordt bewezen is de kans dat investeerders instappen nog veel groter”, aldus de onderzoeker. Ook stelt hij dat QuTech, dat nauw samenwerkt met chipfabrikant Intel en met Microsoft, dicht op de hielen zit van IBM, het bedrijf dat al het langst bezig is met quantum computing. Daarmee is Nederland niet alleen een van de toonaangevende landen in dit veld, maar is ook het toekomstperspectief voor deze technologie en de sector zeer gunstig.

Samen met zijn collega Raymond Schouten zal Duije Deurloo een tweetal lezingen over dit onderwerp geven tijdens de RF Technology Days. Deurloo's lezing heeft de titel 'Microwave Vector Switch Matrix for superconducting qubit control'. Collega-onderzoeker Raymond Schouten spreekt onder de titel 'Quantum bits and RF technology'. De voordrachten zullen op 18 april plaatsvinden in Veenendaal.