De kwantumcomputer: Wanneer, waarvoor en waarom?

Voor velen is het een sciencefiction fantasie. Nieuwe ontwikkelingen worden door velen gevolgd. Het fenomeen spreekt tot de verbeelding met zijn onlogische logica en bizarre vereisten zoals kwantumverstrengeling. Webwereld sprak met prof. dr. ir. Lieven Vandersypen, kwantumfysicus aan de TU Delft om eens te weten te komen wat we kunnen verwachten van de kwantumcomputer.

Doorbraak

Vandersypen ziet de nieuwe doorbraak in het onderzoek naar kwantumcomputers simpelweg als iets dat past in de serie experimenten op dat gebied van de afgelopen maanden. "Het feit dat ze 10 miljard bits gebruiken is eigenlijk totaal irrelevant. In de kwantumcomputer heb je een register, bestaande uit meerdere kwantumbits en het is de bedoeling dat je die met elkaar gaat verstrengelen. Nu hebben ze een register van twee bits die met elkaar verstrengeld zijn en daar hebben ze dus heel veel kopieën van, omdat dat het makkelijker maakt om de uitlezing te doen, omdat je veel signalen hebt die bij elkaar optellen."

Wat wel belangrijk is, zijn de lage temperaturen. Qubits, bestaande uit een elektronspin en een kernspin, wijzen in willekeurige richtingen bij hogere temperaturen. "En dan kunnen we niets met de qubits. Wat de Universiteit van Oxford in het experiment heeft gedaan, is de toestanden van de twee spins met elkaar te correleren. Een kwantumcorrelatie welteverstaan, wat hetzelfde is als een verstrengeling. De toestanden van die twee spins blijken op een hele speciale manier met elkaar verbonden, zodat we er iets mee kunnen. Het is met andere systemen al eerder gedaan, maar het is voorheen nog niet gedaan met kernspins. Dat is met dit onderzoek wel gelukt."

Over halfgeleider eilandjes en elektrons vangen

Waar Vandersypen echter stiekem meer van onder de indruk is, is het experiment waarin het gelukt is om drie qubits in vaste vorm te laten verstrengelen. Maar hij heeft daarnaast natuurlijk veel vertrouwen in zijn eigen experimenten. Hij doet onderzoek naar zogenaamde kwantumdots. "Voor de kenner: dat zijn kleine halfgeleider eilandjes waar je een elektron in kan vangen. In elk eilandje vangen we één elektron en met de spin daarvan gaan we aan de slag. Voor de leek klinkt natuurlijk allemaal vrij ingewikkeld, maar het betekent simpelweg dat we vanuit een andere hoek zoeken naar de beste route richting kwantumcomputers. Wij denken dat met het resultaat van ons onderzoek namelijk een veel beter schaalbare kwantumcomputer te bouwen is dan met de insteek die ze in Oxford hanteren."

Wanneer wordt de kwantumcomputer uitgevonden?

We lijken door alle ontdekkingen en doorbraken in kwantumonderzoek steeds dichterbij een daadwerkelijke kwantumcomputer te komen. Maar aan wat voor tijdsperiode moeten we dan denken? "Ik hoop zelf vijf tot tien jaar, voordat we definitief kunnen zeggen dat het kan. Het zou mooi zijn als we dan zouden hebben aangetoond dat er een route is, waarbij je kunt verwachten dat er zo'n apparaat uitkomt als je die route volgt. Maar het kan dan wellicht nog eens tien jaar duren voor het zover is. We zitten nu nog steeds in het stadium van fundamenteel onderzoek, waarbij we met kleine demonstratie-experimentjes proberen om de bouwstenen onder de knie te krijgen. We willen daarmee inzicht krijgen in de moeilijkheden en oplossingen. Op een gegeven moment komen we dan op een punt waarop we kunnen zeggen dat als we het op een bepaalde manier aanpakken, het moet lukken. Op dat moment kunnen we er dan eens aan gaan denken om een prototype te bouwen", zegt Vandersypen.