ENGINEERINGNET.BE - "Er zijn veel uitdagingen die moeten worden opgelost voordat we een werkende, grootschalige quantumcomputer hebben," vertelt teamleider Fabio Sebastiano van QuTech.
"De quantuminformatie die is opgeslagen in qubits kan bijvoorbeeld snel vervallen en onbruikbaar worden, tenzij de qubits worden afgekoeld tot temperaturen die dicht bij het absolute nulpunt liggen (-273°C, of 0 Kelvin)."
"Om deze reden werken qubits meestal in speciale koelkasten bij temperaturen tot 0,01 K. De qubits worden echter gecontroleerd door conventionele elektronica die bij kamertemperatuur werkt."
Er is op dit moment per qubit één draad nodig om deze te verbinden met de besturingselektronica. Dit is goed te doen voor het kleine aantal qubits dat nu in gebruik is, maar onpraktisch voor de miljoenen qubits die nodig zijn voor toekomstige quantumcomputers.
Sebastiano: "Een oplossing voor dit probleem is het ontwerpen van elektronica die werkt bij extreem lage (cyrogene) temperaturen, zodat ze zo dicht mogelijk bij de qubits zijn te plaatsen."
QuTech werkte samen met Intel om deze uitdaging aan te gaan. Sebastiano: "We hebben een CMOS-geïntegreerd circuit ontworpen en gefabriceerd dat tot 128 qubits kan aansturen.”
CMOS is dezelfde technologie die gebruikt wordt voor standaard microprocessoren. Het gebruik hiervan maakt het mogelijk om complexe schakeling met miljarden componenten betrouwbaar te fabriceren – precies wat nodig is voor grootschalige quantumcomputers.
De onderzoekers toonden experimenteel de goede werking van het geïntegreerde circuit aan en lieten zien dat het een echte spin qubit aan kan sturen. Spin qubits behoren tot de veelbelovende qubit-kandidaten voor een grootschalige quantumcomputer.
De volgende uitdaging is het dichten van het resterende temperatuurverschil. "Spin-qubits zullen naar verwachting kunnen functioneren bij iets hogere temperaturen dan nu, boven de 1,5 K," vertelt Sebastiano.
"Ons cryo-CMOS-circuit werkt nu bij 3 K. Als we dit temperatuurverschil overbruggen, kunnen we qubits en hun besturingselektronica in hetzelfde pakket of op dezelfde chip integreren. Dit levert een uiterst compact systeem op.”
Op de foto:
Het team in het lab naast de cryogene koelkast die de qubit en Horse Ridge bevat. De uitvoer van Horse Ridge is zichtbaar op het scherm rechtsonder.
Van boven naar beneden, van links naar rechts: Bishnu Patra, Jeroen van Dijk, Xiao Xue, Fabio Sebastiano (met de qubits), Lieven Vandersypen, Masoud Babaie (met Horse Ridge).
