Nieuwe quantumcomputer ontwikkeld gebaseerd op fotonica

ENGINEERINGNET.BE - Fotonen zijn in opkomst als basis voor quantumcomputers, naast supergeleidende qubits. De eerste versie van deze quantumcomputer, geheten Jiuzhang, was eind 2020 in staat om ruim 70 fotonen te detecteren die de uitkomst van een complexe berekening gaven.

In de nieuwe ‘2.0’ versie gaat dit naar boven de 100. Een voordeel van fotonen is onder meer dat zij niet bij heel lage temperaturen werken, zoals qubits, en dat ze stabieler zijn. Al kunnen ook fotonen onderweg verloren gaan.

De berekening die is uitgevoerd heet Gaussian Boson Sampling. Aan de ene kant zijn er lichtbronnen die één foton tegelijk kunnen uitzenden, aan de uitgang staan 144 detectoren die elk één foton kunnen meten.

Daartussen zit een complex stelsel van spiegels, lenzen en lichtgeleidende chips. Op die chips zitten bijvoorbeeld 'beam splitters', die maken dat een foton tegelijkertijd twee kanten op gaat.

Uiteindelijk worden de fotonen die uit het systeem komen, stuk voor stuk gedetecteerd. Na veel herhalingen krijg je dan de verdeling te zien van de fotonen.

Door de quantumeffecten die onderweg tussen de lichtbronnen en de lichtdetectoren optreden, zijn de paden van de fotonen nauwelijks door te rekenen met brute rekenkracht. Het gaat hierbij om een ‘sampling rate’ die 1024 maal sneller is, dat is een biljoen in het kwadraat, dan de huidige snelste supercomputer.

Volgens mede-onderzoeker Jelmer Renema van UTwente, geeft het nieuwe resultaat aan dat quantumvoordeel al eerder bereikt wordt dan verschillende roadmaps aangeven. Het geeft volgens hem ook aan dat niet alleen moet worden ingezet op supergeleidende qubits.

Aan het onderzoek werken de University of Science and Technology of China, het Shanghai Institute of Microsystems, Tsinghua University en UTwente.

Vanuit zijn onderzoek heeft Renema het bedrijf QuiX Quantum opgezet, dat lichtgeleidende chips ontwikkelt die als quantumprocessor kunnen fungeren. Quantum Daily noemt hem in een overzicht van 51 Chief Technology Officers in de wereld om in de gaten te houden, en zijn bedrijf staat ook in de ‘Silicon 100: Startups worth watching in 2021’.