ENGINEERINGNET.BE - Doordat kwantumcomputers extreem gevoelig zijn voor verstoringen, zijn vaak honderden fysieke fotonen nodig om een enkele betrouwbare qubit te maken.
“Voor een fotonische kwantumcomputer heb je fotonen van extreem hoge kwaliteit nodig. Onze techniek zorgt ervoor dat alleen de beste fotonen overblijven, wat cruciaal is voor betrouwbare berekeningen,” zegt hoofdonderzoeker Jelmer Renema van UTwente.
De nieuwe methode van de Twentse onderzoekers kan een deel van de benodigde foutencorrectie vervangen, waardoor veel minder fotonen nodig zijn. Dit maakt kwantumcomputers uiteindelijk goedkoper en toegankelijker.
Waar eerdere methodes gefocust waren op foutencorrectie achteraf, pakten de UT-onderzoekers het probleem bij de bron aan. Ze ontwierpen een nieuwe component welke op een gunstige manier één foton van hoge kwaliteit kan distilleren uit een brouwsel van imperfecte fotonen.
Hiervoor bedachten ze een optische schakeling, bestaande uit programmeerbare lichtgeleiders en detectoren. Door de kwantumeigenschappen van licht te benutten, creëerden ze hiermee een ‘Schrödingers kat’-achtige toestand waarin fotonen eerder de ‘goede’ dan de ‘slechte’ eigenschappen aannamen. Net zoals in Schrödingers beroemde gedachtenexperiment bepaalt de meting uiteindelijk of een foton de gewenste eigenschappen heeft overgehouden.
In plaats van imperfecte fotonen te accepteren en later te corrigeren, filtert de nieuwe methode daarmee direct perfecte fotonen. Hoewel voor het filteren van elk perfect foton meerdere imperfecte fotonen opgeofferd moeten worden, wordt hiermee het totaal aantal benodigde fotonen teruggeschroefd.
Dat scheelt enorm veel rekenkracht en maakt kwantumcomputers goedkoper en efficiënter. Door een optisch circuit met programmeerbare schakelaars te gebruiken, kunnen de onderzoekers slechte fotonen eruit filteren zonder dat ze precies hoeven te weten wat de fout veroorzaakt.
“Normaal moet je van tevoren bepalen wat je filtert, zoals een kleurenfilter dat alleen rood licht doorlaat. Wij kunnen nu filteren zonder vooraf te weten wat het probleem is”, vertelt promovendus Frank Somhorst.
Als fotonische kwantumcomputers ooit grootschalig worden ingezet, zal volgens de onderzoekers deze Twentse uitvinding daar een fundamenteel onderdeel van zijn. Net zoals bij klassieke computers geldt ook voor kwantumcomputers: slechte input leidt tot slechte output.
Door de ruis aan de voorkant van het systeem flink aan te pakken, hoeft er achteraf minder gecorrigeerd te worden. “Elke praktische fotonische kwantumcomputer zal deze techniek nodig hebben om foutloze berekeningen uit te voeren,” zegt Renema.
