Kwantumcomputing in een magnetisch veld: Nieuwe ionenval voor meer qubits

Een onderzoeksgroep aan de ETH Zurich heeft de grenzen van de huidige kwantumcomputers opgezocht. Een van de grootste uitdagingen is de uitbreiding tot meer dan 100 qubits. Momenteel worden slechts enkele modellen met een paar honderd qubits daadwerkelijk gebruikt. Er zijn ook opstellingen met meer dan duizend qubits, bijvoorbeeld in het Jülich Research Center, Duitsland, maar zij hebben nog niet echt kunnen laten zien wat ze kunnen.

Om dit tegen te gaan, hebben de onderzoekers gekozen voor een methode die zo stabiel mogelijk is en met relatief weinig moeite gebouwd kan worden. Een ionenval met radiostraling kan stabiele kwantumtoestanden handhaven en wordt daarom als veelbelovend beschouwd.

Er is echter ruimte nodig voor elk van deze vallen, die uiteindelijk een qubit vormen. De bron van de radiostraling vereist veel energie. Interferentie tussen de circuits en de behoefte aan speciale materialen drijven ook de kosten op, verhogen het energieverbruik en verminderen de efficiëntie.

Dit moet worden tegengegaan door een ionenval die gebruik maakt van een magnetisch veld met een sterkte van 3 Tesla in plaats van radiostraling. Deze waarde ligt in het bereik van een typische magnetische resonantietomograaf, dus vrij hoog. Desondanks zou de op deze manier geconstrueerde val uiterst compact moeten zijn. De volgende stap is om verschillende vergelijkbare structuren te combineren tot een complexer circuit.

De studie , gepubliceerd in Nature toonde https://www.nature.com/articles/s41586-024-07111-xverdere voordelen van de methode. Het magnetische veld is onder andere even sterk over de hele ionenval, in tegenstelling tot radiostraling. Hierdoor kan het ion veel beter gecontroleerd worden. Het onderzoeksteam was bijvoorbeeld in staat om een enkel berylliumion te verplaatsen over een gebied van slechts enkele micrometers groot. Er zijn meer dan 100 verschillende posities mogelijk op het oppervlak.

Dankzij de flexibele positionering zijn er nog veel meer mogelijke toepassingen van de ionenval denkbaar. Misschien zelfs ooit een kwantumcomputer, die onder acceptabele omstandigheden (grootte, efficiëntie) de lang beloofde mogelijkheden (echt hoge prestaties) met zich mee zal brengen.