Onderzoekers van de Universiteit van Oxford hebben een nieuw snelheidsrecord gevestigd voor de 'logische poorten' die de bouwstenen vormen van quantum computing - een technologie die de manier waarop we informatie verwerken zou kunnen veranderen.

Kwantumcomputers, die werken volgens de wetten van de kwantumfysica, hebben het potentieel om de verwerkingskracht van de klassieke computers van vandaag te verkleinen. Het Oxford-team gebruikt een techniek met ingesloten ionen om zijn computer te ontwikkelen, waarin logische poorten twee geladen atomen plaatsen - met informatie in de vorm van kwantumbits, of qubits - in een staat van kwantumverstrengeling. Door Einstein beschreven als 'spookachtig', verstrengeling vormt de kern van de kwantumtechnologie en betekent dat de eigenschappen van de twee atomen met elkaar verbonden blijven, zelfs als ze door grote afstanden van elkaar verwijderd zijn.

De studie, uitgevoerd door wetenschappers van de door de Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) gefinancierde Networked Quantum Information Technologies Hub (NQIT), die wordt geleid door de Universiteit van Oxford, wordt gerapporteerd in het journaal Natuur . Het onderzoek bouwt voort op eerder werk waarin het team, onder leiding van professor David Lucas en professor Andrew Steane van Oxford's Department of Physics, een wereldrecord behaald voor de precisie van de logische poort, het bereiken van de veeleisende nauwkeurigheid die is vastgesteld door theoretische modellen van kwantumcomputers.

De hoofdauteurs van het artikel zijn de Oxford-promovendus Vera Schäfer, en dr. Chris Ballance, een onderzoeker aan het Magdalen College, Oxford. Vera Schäfer zei:'Quantum computing zal bij uitstek geschikt zijn voor taken zoals het ontbinden van grote getallen of het simuleren van complexe reacties tussen moleculen om te helpen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen.

'Eerder werk in onze groep produceerde kwantumlogica-poorten met een recordbrekende precisie. We begonnen toen te werken aan het verhogen van de snelheid van die poorten zonder afbreuk te doen aan hun nauwkeurigheid, wat lastig is. Opgesloten ionen bewegen als een slinger tijdens de poortwerking, maar wanneer dit proces wordt versneld, worden ze gevoelig voor een aantal factoren die fouten veroorzaken.

'Door gebruik te maken van een techniek die de kracht op de ionen precies vormt, zodat de poortprestaties robuust worden voor deze factoren, we waren in staat om de snelheid met een factor 20 tot 60 te verhogen in vergelijking met de vorige beste poorten - 1,6 microseconden lang, met 99,8% precisie.

'We hebben nu de hoogste betrouwbaarheid en de snelste poort geproduceerd, een punt bereiken waarop onze poorten in principe goed genoeg zijn voor quantum computing. De volgende stap is om er praktisch over na te denken en toe te werken naar het opschalen van ons systeem tot een levensvatbare kwantumcomputer.'

Professor Lucas zei:'Qubits met ingesloten ionen zijn lange tijd de toetssteen geweest voor precisie in de wereld van kwantumcomputers, en hebben ook de leuke functie dat ze op natuurlijke wijze worden gekoppeld aan fotonen voor netwerktoepassingen. Maar een nadeel was dat de fundamentele verstrengelingsoperaties altijd nogal traag waren. In ons laatste experiment, we waren in staat om verstrengeling te genereren in een tijd van slechts 480 nanoseconden, wat aantoont dat de logische snelheid niet hoeft te worden beperkt door de natuurlijke tijdschaal van de "slinger"-beweging van de ionen.'