MIT Zet Belangrijke Stap Vooruit in de Kwantumcomputing
Het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft een cruciale stap gezet in de richting van het oplossen van een van de grootste uitdagingen in de kwantumcomputing: het verbinden van meerdere kwantumprocessoren zonder fysieke contact en met een minimale foutenmarge. Deze doorbraak, die gebruikmaakt van microgolf-fotonen en een techniek voor remote kwantumverstrengeling, zou de weg kunnen effenen voor de bouw van werkelijk schaalbare kwantumsupercomputers.
De Uitdaging van Kwantumverbindingen
Huidige kwantumsystemen zijn afhankelijk van “point-to-point”-verbindingen, waarbij informatie moet springen tussen tussenliggende knooppunten. Elke sprongetje introduceert een extra mogelijkheid voor fouten, wat de schaalbaarheid en stabiliteit van de systemen beperkt.
Om deze beperking te overwinnen, heeft een team van onderzoekers van MIT een kwantuminterconnectietoestel ontwikkeld dat het mogelijk maakt voor supergeleidende processors om rechtstreeks met elkaar te communiceren zonder tussenpersonen. De sleutel: het gebruik van microgolf-fotonen als dragers van kwantumgegevens.
Een Kwantumautosnelweg van Fotonen
De kern van deze vooruitgang is een supergeleidende golfgeleider die fungeert als een “kwantumautosnelweg”. Door twee kwantummodules aan deze geleider te koppelen, kan het systeem fotonen op aanvraag uitzenden en absorberen. Elke module bevat vier qubits die functioneren als interfaces en de fotonen omzetten in bruikbare kwantumgegevens.
Verstrengeling Zonder Contact
Een van de grootste uitdagingen in gedistribueerde kwantumcomputing is het bereiken van remote verstrengeling: een kwantumfenomeen dat het mogelijk maakt om twee deeltjes op afstand te koppelen, zodat hun toestanden onmiddellijk met elkaar synchroon lopen, ongeacht de afstand tussen hen.
Om dit te bereiken, hebben de onderzoekers een ongewone techniek ontwikkeld. In plaats van een foton volledig uit te zenden, stoppen ze het proces halverwege, waardoor een soort “tussenliggende kwantumtoestand” ontstaat waarin het foton, paradoxaal genoeg, zowel is uitgezonden als vastgehouden. Wanneer de tweede module dit “halve foton” absorbeert, zijn de processors onderling verstrengeld zonder direct fysiek contact.
Kunstmatige Intelligentie om Fotonen te Vormen
Het team stond ook voor de uitdaging van vervormingen van de fotonen tijdens hun reis. Om dit op te lossen, trainden ze een algoritme dat in staat is de vorm van het foton aan te passen om de absorptie te maximaliseren. Het resultaat was een succespercentage van 60% bij het creëren van remote verstrengeling, wat de effectiviteit van de methode valideert.
Deze resultaten zijn vergelijkbaar met die van de Universiteit van Oxford, die met ionenvallen een succespercentage van 70% hebben bereikt.
Naar een Gedistribueerde Kwantumcomputing
In tegenstelling tot de huidige configuraties, waarbij chips beperkt zijn verbonden, maakt dit ontwerp een «alles tegen iedereen» connectiviteit mogelijk, wat betekent dat elke processor direct kan communiceren met elke andere. Deze architectuur is essentieel voor het creëren van complexe kwantumnetwerken of toekomstige kwantuminternetten.
Onderzoeker Aziza Almanakly, graduaatstudent in elektrotechniek en computerwetenschappen aan het MIT, stelt:
“In principe kan ons protocol voor remote verstrengeling worden uitgebreid naar andere soorten kwantumcomputers en grootschaligere kwantumnetwerken.”
Publicatie en Financiering
De resultaten van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics. Dit onderzoek heeft steun ontvangen van instellingen zoals het United States Army Research Office, het AWS Quantum Computing Center en het United States Air Force Office of Scientific Research.
Bron: Techspot