Onderzoekers gaan een stap verder in Quantum Computing

Onderzoekers in het VK en de VS publiceerden vrijdag een paper met ontdekkingen die een volledig functionele kwantumcomputer een stap dichter bij de realiteit zouden kunnen brengen.

Quantum computing, dat al tientallen jaren wordt onderzocht, heeft van oudsher een probleem van het bijhouden van gegevens in een samenhangend formaat, waardoor het moeilijk wordt om programma's of computertaken uit te voeren. De onderzoekers hebben een manier gevonden om elektronen, die de gegevens opslaan, langer te bewaren, waardoor een systeem gegevens coherenter kan verwerken en programma's effectiever kan uitvoeren. Hoewel kwantumcomputers in ontwikkeling een revolutie teweeg kunnen brengen in het gezicht van computers. In een paar seconden kunnen kwantumcomputers taken uitvoeren die vandaag niet mogelijk zijn voor supercomputers. Quantum computing gebruikt materie-atomen en moleculen om enorme hoeveelheden taken te verwerken met supercomputersnelheden, omdat gegevens worden opgeslagen en gedeeld in meer staten dan de gebruikelijke binaire toestanden 0 en 1.

Quantum computing is gebaseerd op de wetten van de kwantummechanica, die kijken naar de interactie en het gedrag van materie op atomaire en subatomaire - proton, neutron en elektron - niveaus. Door bekende problemen in quantum computing op te lossen, zijn onderzoekers in een race om een ​​volledig operationele kwantumcomputer te bouwen.

Er zijn veel kwantumcomputerontwerpen die gegevens op verschillende manieren opslaan, zei Gavin Morley, een van de auteurs van het artikel en een onderzoeker bij het London Centre for Nanotechnology, een joint venture tussen het University College London en Imperial College London. Morley werkte met onderzoekers van verschillende instellingen, waaronder de Universiteit van Utah in Salt Lake City. De onderzoekers gebruikten magnetische statussen van de elektronen om gegevens op te slaan.

Quantum bits moeten draaien om een ​​programma uit te voeren, maar soms degradeert de kwaliteit van elektronen, waardoor ze in ongewenste toestanden terecht komen - genaamd kwantumruis - die een probleem zouden kunnen vormen omdat gebruikers de controle over het lopende programma kunnen verliezen. Door een bepaald magnetisch veld toe te passen, gebruikten de onderzoekers een stroomsterkte om de toestand van een elektron te bepalen zonder verstoringen teweeg te brengen, waardoor ze een levensduur van 5.000 procent hadden bereikt, vergeleken met gelijk welk ander vergelijkbaar experiment tot nu toe.

Het onderzoek van de groep was gericht op fosforatomen in silicium. De beste pogingen eerder hebben een stroom langs de elektronen geleid via kleine elektrische draden, maar dat heeft veel kwantumruis opgeleverd, waardoor een belangrijk voordeel van het materiaal is weggenomen, aldus Morley.

De onderzoekers hopen dat hun werk hen in staat zal stellen om bouw een quantum-supercomputer, hoewel het enige tijd kan duren.

"Het is onmogelijk om te voorspellen wanneer een quantumcomputer zal worden gebouwd. Ik hoop er in de komende 15 tot 20 jaar een te zien in een onderzoekslaboratorium," zei Morley.

Maar afgezien van de moeilijke uitdagingen, zullen kwantumcomputers computerproblemen oplossen die de computers van vandaag teisteren, zei Morley. "We zouden bijvoorbeeld het gedrag van grote biologische moleculen en medicijnen kunnen simuleren om nieuwe medicijnen te vinden," zei hij.

Het artikel verscheen in de publicatie Physical Review Letters.