ENGINEERINGNET.BE - Wereldwijd worden miljarden geïnvesteerd in kwantumcomputers. Omdat fotonen extreem stabiel zijn en op hoge snelheid door chips zijn te sturen, maakt dit ze aantrekkelijk voor schaalbare kwantumcomputers.
Voor één betrouwbaar rekenelement zijn echter nu vaak honderden fotonen nodig. “Dat voelt als verspilling”, zegt promovendus Frank Somhorst van UTwente. “Je bouwt een hypermoderne machine, maar onder de motorkap gooi je enorme hoeveelheden licht weg om fouten te corrigeren. Ik wilde weten: kan dat niet slimmer?”
Voor betrouwbare berekeningen moeten fotonen onderling niet te onderscheiden zijn. In het lab lijken ze identiek, maar kleine verschillen kunnen roet in het eten gooien. Een foton kan net iets eerder aankomen dan een andere of een minieme kleurafwijking hebben. Zulke verschillen leiden tot fouten.
Somhorst besloot het probleem bij de bron aan te pakken en ontwikkelde een methode om fotonen op te schonen. Hij ontwikkelde een optisch circuit dat meerdere imperfecte fotonen combineert en daar één betere toestand uit selecteert.
“In plaats van fouten achteraf te blijven repareren, verbeteren we eerst de kwaliteit van het licht zelf”, zegt hij. “Als je invoer beter is, heb je veel minder foutcorrectie nodig.”
Hoewel voor elk perfect foton meerdere imperfecte fotonen worden gebruikt, daalt het totale aantal benodigde fotonen sterk. In zijn modellen zijn er vier keer minder fotonen nodig.
“Dat is een ondergrens”, zegt Somhorst. “We hebben bewust voorzichtig gerekend. Alles wijst erop dat de winst groter kan zijn zodra je dit op schaal toepast.”
Tijdens zijn promotie werkte Somhorst samen met het Nederlandse bedrijf QuiX Quantum, waar hij zijn methode testte op een geïntegreerde fotonische processor.
UTwente heeft inmiddels een patent op de technologie. Daarnaast initieerde hij een samenwerking met NASA. “Je begint met een idee op papier in Twente en een paar jaar later bespreek je het bij NASA. Dat moment dacht ik: dit kan echt impact hebben.”
Fotonische kwantumcomputers staan nog in de kinderschoenen. Maar slimmer omgaan met fotonkwaliteit kan helpen om systemen kleiner, efficiënter en betaalbaarder te maken.
Somhorst: “Als je het aantal benodigde fotonen drastisch omlaag krijgt, verandert dat hoe zo’n computer eruitziet. Minder hardware, minder foutcorrectie, minder complexiteit. Dat maakt de stap naar schaalbare systemen realistischer.”
