AI & computing › Kwantumcomputing & AI-hybrides
Fujitsu bouwt werkend prototype van kwantumcomputer met diamantspins
Fujitsu heeft samen met de Nederlandse TU Delft en onderzoeksinstituut QuTech een werkend prototype gebouwd van een kwantumcomputer die rekent met defecten in diamant. Het systeem combineert tin-atomen in diamant met fotonische chips en moet uiteindelijk helpen om kwantumcomputers op te schalen naar duizenden qubits.
Het Japanse technologiebedrijf Fujitsu claimt de eerste werkende diamantspin-qubitcomputer te hebben gebouwd die tin-vacaturecentra combineert met fotonische chips. Het prototype werkt bij min 271,6 graden Celsius en is via Fujitsu's cloudplatform te bedienen zonder gespecialiseerde kennis van kwantumtechniek. Het onderzoek is een samenwerking met de Technische Universiteit Delft en onderzoeksinstituut QuTech, die al sinds 2020 loopt.
Licht als verbindingsstuk tussen qubits
Bij de diamantspin-aanpak gebruiken onderzoekers piepkleine roosterfouten in diamantkristallen als rekeneenheid. Meestal gaat het om stikstofatomen die een gaatje in het kristalrooster vullen, de zogeheten NV-centra. Fujitsu koos voor tin-atomen in plaats van stikstof. Deze tin-vacaturecentra zijn symmetrischer van vorm en daardoor minder gevoelig voor storende trillingen uit de omgeving, wat een stabielere en helderdere qubit oplevert. Het grote voordeel van diamant is dat je met licht qubits op verschillende chips met elkaar kunt verbinden. Daardoor kunnen meerdere kleinere kwantummodules worden gekoppeld tot één groter systeem, een aanpak die bekendstaat als modulaire architectuur. Dat is aantrekkelijk omdat het lastig is om één enkele chip met heel veel qubits foutloos te bouwen. Door kleinere, beter beheersbare modules via fotonische chips te verbinden, hopen onderzoekers die opschaling wél voor elkaar te krijgen.
Van diamantpoeder naar chip
Om het prototype te bouwen, ontwikkelde Fujitsu drie nieuwe technieken. Allereerst een methode om kwantumberekeningen te vertalen naar concrete besturingssignalen van licht, microgolven en radiogolven, zodat het systeem via het bestaande hybride platform van het bedrijf aangestuurd kan worden. Daarnaast bedacht het bedrijf een manier om diamantsubstraat met tin-ionen te verbinden aan een drager van aluminiumoxide en te verdunnen van enkele honderden micrometers naar slechts enkele honderden nanometers, dun genoeg om in een chip te passen. Ten slotte ontwikkelde Fujitsu een fabricagemethode om nanokristallen met tin-vacaturecentra te integreren met optische geleiders, zodat de losse lichtdeeltjes die de qubits uitzenden nauwkeurig kunnen worden afgelezen. Fujitsu wil in 2027 een prototype met meerdere gekoppelde modules laten zien en onderzoekt ook hoe de diamantaanpak te combineren is met supergeleidende kwantumchips, de technologie die bedrijven als IBM en Google gebruiken. Het bedrijf mikt op een systeem met 250 logische qubits in 2030 en 1.000 in 2035, als stap richting praktisch bruikbare kwantumcomputers.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Als de diamantspin-aanpak zich bewijst, biedt dit een extra route naast supergeleidende en ionenval-technologie om kwantumcomputers op te schalen naar praktisch bruikbare aantallen qubits. De combinatie met licht maakt het mogelijk om kleinere, betrouwbaardere modules aan elkaar te knopen in plaats van één enkele, foutgevoelige megachip te bouwen. Dat kan de weg vrijmaken voor kwantumcomputers die complexe berekeningen aankunnen in bijvoorbeeld materiaalonderzoek en medicijnontwikkeling.
- Tin-vacaturecentrum
- Een roosterfout in een diamantkristal waarbij een tin-atoom tussen twee ontbrekende koolstofatomen zit; deze structuur werkt als een stabiele, heldere qubit.
- Stikstof-vacaturecentrum (NV-centrum)
- De meest gebruikte variant van een kleurcentrum in diamant, gevormd door een stikstofatoom naast een gaatje in het kristalrooster, en al langer bekend als basis voor kwantumtechnologie.
- Heterogene materiaalbonding
- Een techniek om twee verschillende materialen, zoals diamant en aluminiumoxide, stevig aan elkaar te verbinden zodat ze samen als één functionerende chip werken.
- Modulaire architectuur
- Een ontwerp waarbij een groot systeem is opgebouwd uit meerdere kleinere, onderling verbonden eenheden in plaats van één groot geheel.
- Hybride kwantumplatform
- Een systeem waarmee gebruikers via de cloud toegang krijgen tot kwantumhardware, vaak in combinatie met gewone computers, zonder zelf specialistische kennis nodig te hebben.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
