De wereldwijde race naar een functionerende kwantumcomputer is begonnen. Met toekomstige kwantumcomputers, we zullen in staat zijn om voorheen onmogelijke problemen op te lossen en te ontwikkelen, bijvoorbeeld, complexe medicijnen, meststoffen, of kunstmatige intelligentie.

De onderzoeksresultaten die vandaag zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift, Natuurcommunicatie , suggereren hoe schadelijke fouten in quantum computing kunnen worden verwijderd. Dit is een nieuwe wending naar een functionerende kwantumcomputer.

Zelfs een kwantumcomputer heeft koelvinnen nodig

Hoe kwantumcomputers verschillen van de computers die we gebruiken, is dat in plaats van te rekenen met normale bits, ze gebruiken kwantumbits, of qubits. De bits die in je laptop worden gekraakt, zijn nullen of enen, terwijl een qubit tegelijkertijd in beide staten kan bestaan. Deze veelzijdigheid van qubits is nodig voor complexe computers, maar het maakt ze ook gevoelig voor externe verstoringen.

Net als gewone processors, een kwantumcomputer heeft ook een koelmechanisme nodig. In de toekomst, duizenden of zelfs miljoenen logische qubits kunnen tegelijkertijd worden gebruikt bij de berekening, en om het juiste resultaat te verkrijgen, elke qubit moet aan het begin van de berekening opnieuw worden ingesteld. Als de qubits te heet zijn, ze kunnen niet worden geïnitialiseerd omdat ze te veel schakelen tussen verschillende toestanden. Dit is het probleem waarvoor Mikko Möttönen en zijn groep een oplossing hebben ontwikkeld.

Een koelkast maakt kwantumapparaten betrouwbaarder

De koelkast op nanoschaal die is ontwikkeld door de onderzoeksgroep van de Aalto University lost een enorme uitdaging op:met zijn hulp, de meeste elektrische kwantumapparaten kunnen snel worden geïnitialiseerd. De apparaten worden zo krachtiger en betrouwbaarder.

"Ik heb vijf jaar aan deze gadget gewerkt en het werkt eindelijk!" verheugt zich Kuan Yen Tan, die als postdoctoraal onderzoeker in de groep van Möttönen werkt.

Tan koelde een qubit-achtige supergeleidende resonator af met behulp van het tunnelen van enkele elektronen door een isolator van twee nanometer dik. Hij gaf de elektronen iets te weinig energie van een externe spanningsbron dan nodig is voor direct tunnelen. Daarom, het elektron vangt de ontbrekende energie op die nodig is voor tunneling van het nabijgelegen kwantumapparaat, en daardoor verliest het apparaat energie en koelt het af. De koeling kan worden uitgeschakeld door de externe spanning op nul te zetten. Vervolgens, zelfs de beschikbare energie van het kwantumapparaat is niet genoeg om het elektron door de isolator te duwen.

"Onze koelkast houdt quanta op orde, " vat Mikko Möttönen samen.

Volgende, de groep is van plan om naast resonatoren ook daadwerkelijke kwantumbits te koelen. De onderzoekers willen ook de minimaal haalbare temperatuur met de koelkast verlagen en de aan/uit-schakelaar supersnel maken.