Twentse doorbraak brengt quantumcomputers op lichtbasis een stap dichterbij

De toekomst van technologie? Die wordt gebouwd in Twente. Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben een innovatieve methode ontwikkeld om ‘perfecte’ lichtdeeltjes – oftewel fotonen – te selecteren. Dat klinkt misschien technisch, maar het heeft enorme gevolgen: hiermee wordt het bouwen van quantumcomputers niet alleen een stuk praktischer, maar ook goedkoper. En dát kan op termijn leiden tot snellere medicijnontwikkeling, veiligere communicatie en totaal nieuwe toepassingen die we ons nu nog niet eens kunnen voorstellen.

Licht als rekeneenheid

In quantumcomputers worden geen elektronen gebruikt, maar bijvoorbeeld fotonen – lichtdeeltjes. Dat is supergevoelig werk: één kleine fout en de hele berekening kan de prullenbak in. Daarom zijn er normaal gesproken honderden lichtdeeltjes nodig om één betrouwbaar rekendeeltje (qubit) te maken. De Twentse ontdekking zorgt ervoor dat alleen de beste fotonen worden gebruikt – nog voordat ze de fout in kunnen gaan. “Voor een fotonische quantumcomputer 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 Jelmer Renema (hoofdonderzoeker). Dat scheelt enorm in rekenkracht én maakt het systeem veel efficiënter. De methode van de Twentse onderzoekers zorgt ervoor dat er veel minder fotonen nodig zijn. Dit maakt quantumcomputers uiteindelijk goedkoper én toegankelijker.

Slim filteren, zonder dat je weet wat je filtert

De onderzoekers uit Twente hebben een slimme manier gevonden om de beste fotonen (lichtdeeltjes) uit een mengsel van imperfecte fotonen te halen, zonder precies te weten wat er mis mee is. Ze ontwikkelden een slimme optische schakeling, dat door de bijzondere eigenschappen van licht zelf bepaalt welke fotonen de juiste eigenschappen hebben. Dit gebeurt voordat er ook maar een berekening wordt uitgevoerd, waardoor het systeem direct betere fotonen gebruikt. “Normaal moet je vooraf weten wat je filtert, zoals een zonnebril die alleen fel licht doorlaat. Maar wij kunnen filteren zonder die voorkennis,” legt promovendus Frank Somhorst uit.

Twente werkt aan de toekomst van Quantum

Volgens de onderzoekers zal deze doorbraak uit Twente een essentieel onderdeel worden van de toekomstige fotonische quantumcomputers, die mogelijk op grotere schaal worden ingezet. Net als bij klassieke computers geldt voor quantumcomputers dat slechte invoer leidt tot onnauwkeurige resultaten. Door de verstoringen aan de beginzijde van het systeem al te verminderen, wordt de hoeveelheid benodigde foutcorrectie later een stuk kleiner. “Elke praktische fotonische quantumcomputer zal deze techniek nodig hebben om foutloze berekeningen uit te voeren,” zegt Renema.

Twente heeft zich gepositioneerd als koploper op het gebied van fotonica en quantumtechnologie. Onderzoekers aan de Universiteit Twente werken al langere tijd aan de manipulatie van fotonen met interferentie, wat de regio een unieke voorsprong geeft.  “Door die voorsprong kunnen we ons nu concentreren op grootschalige universele quantumcomputing en is volgens mij precies de reden waarom dit aan de UT ontdekt moest worden”, sluit Renema af.

Het onderzoek is mede mogelijk gemaakt door het Vidiproject ‘At the Quantum Edge’ en het Nationaal Groeifonds programma PhotonDelta. De Universiteit Twente heeft een patent aangevraagd op de technologie. Eerste auteur Frank Somhorst is PhD student in de onderzoeksgroep Adaptive Quantum Optics (AQO; Faculteit TNW/MESA+).