Kwantumuitdaging die een mijl onder de grond moet worden opgelost

Kwantumuitdaging die een mijl onder de grond moet worden opgelost

Radiatie uit de ruimte vormt een uitdaging voor kwantumcomputers omdat hun rekentijd beperkt wordt door kosmische straling. Onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden en de University of Waterloo in Canada gaan nu diep onder de grond op zoek naar een oplossing voor dit probleem - in een twee kilometer diepe mijn.

Een recent ontdekte oorzaak van fouten in kwantumcomputers is kosmische straling. Hooggeladen deeltjes uit de ruimte verstoren de gevoelige qubits en zorgen ervoor dat ze hun quantumtoestand verliezen, evenals het vermogen om een berekening voort te zetten. Maar nu gaan kwantumonderzoekers uit Zweden en Canada hun krachten bundelen om een oplossing voor het probleem te vinden - in de diepst gelegen clean room ter wereld, twee kilometer onder de grond.

“We zijn super enthousiast over dit project omdat het de zeer belangrijke vraag behandelt hoe kosmische straling qubits en kwantumprocessoren beïnvloedt. Toegang krijgen tot deze ondergrondse faciliteit is cruciaal om te begrijpen hoe de effecten van kosmische straling kunnen worden beperkt,” zegt Per Delsing, hoogleraar Quantumtechnologie aan de Chalmers University of Technology in Zweden en directeur van het Wallenberg Center for Quantum Technology.

Canadees schild beschermt tegen kosmische straling

Het unieke onderzoeksproject wordt uitgevoerd in samenwerking tussen onderzoekers van de Chalmers University of Technology, het Institute for Quantum Computing (IQC) van de University of Waterloo en SNOLAB bij Sudbury, Ontario, Canada.

In het onderzoek zullen supergeleidende qubits van de Chalmers University of Technology eerst bovengronds worden getest in zowel Zweden als Canada. Vervolgens zullen dezelfde qubits ver onder de Canadese grond worden getest, zodat de verschillen tussen de twee omgevingen kunnen worden bestudeerd. Met behulp van het twee kilometer dikke “grondschild” dat 's werelds diepste cleanroom in de Vales Creighton mijn in Ontario omringt, kunnen de onderzoekers kosmische straling of radioactiviteit buitensluiten die anders de qubits boven de grond zouden hebben “uitgeschakeld”.

“SNOLAB heeft de laagste muon flux* ter wereld en beschikt over geavanceerde cryogene testmogelijkheden, waardoor het een ideale plek is om waardevol onderzoek te doen naar kwantumtechnologieën”, zegt Jeter Hall, directeur onderzoek bij SNOLAB en adjunct-professor aan de Laurentian University in Canada.

Kan foutcorrectie oplossen

Om de impact van kwantumcomputers in de maatschappij te realiseren, moeten kwantumonderzoekers eerst het probleem van foutcorrectie oplossen. Terwijl klassieke computers systemen gebruiken die de optredende fouten kunnen corrigeren en betrouwbare resultaten kunnen leveren, zijn er momenteel geen systemen die krachtig genoeg zijn om de aanzienlijk complexere fouten te corrigeren die optreden in kwantumcomputers.

De foutcorrectiemethoden die tegenwoordig gebruikt worden in kwantumcomputers gaan ervan uit dat elke fout die veroorzaakt wordt door kosmische straling onafhankelijk van elkaar optreedt. Dit is een onjuiste inschatting, omdat dit soort fouten juist meestal met elkaar correleren. De huidige foutcorrectiemethoden kunnen correlerende fouten niet corrigeren, wat betekent dat meerdere qubits tegelijkertijd hun quantumtoestand kunnen verliezen. Door meer inzicht te krijgen in de qubitprocessen willen de onderzoekers nu methoden vinden om het aantal gecorreleerde fouten te verminderen.

“Met dit project hopen we te beginnen te begrijpen wat er aan de hand is met de decoherentie van de qubits in relatie tot kosmische straling, om vervolgens te gaan begrijpen hoe de straling de qubits op meer gecontroleerde manieren beïnvloedt,” zegt Dr. Chris Wilson, professor aan de Universiteit van Waterloo en werkzaam bij het Institute for Quantum Computing in Ontario.

* deeltjes gevormd wanneer kosmische straling de atmosfeer van de aarde bereikt.