Kwantumcomputer de maat genomen

Kwantumcomputing houdt de belofte in sommige rekentaken veel sneller uit te kunnen voeren dan huidige, reguliere computers. Maar de ontwikkeling van de technologie bevindt zich nog in een pril stadium waarin de waardevolle aspecten van de kwantumfysica in verschillende substraten worden onderzocht.

Het probleem van instabiele qubits

Een van de problemen is dat de qubits waarmee kwantumcomputers hun berekeningen uitvoeren instabiel zijn. Qubits worden makkelijk beïnvloed door temperatuur en omgevingsfactoren zoals trillingen. "De nieuwe benchmark geeft een maat voor de interactie tussen de omgeving en de machine, ofwel de 'mixed state'", zegt hoofdonderzoeker Raphael Pooser van ORNL.

Daarvoor werden eerst de energieniveaus gemeten van alkalihydride moleculen in processors van kwantumcomputers. Specifiek: de 20-qubit IBM Tokyo en 16-qubit Rigetti Aspen processors. De te meten moleculen in die chips zijn simpele moleculen en hun energieniveaus zijn goed bestudeerd. Dit maakt ze dus geschikt om de prestaties van de kwantumcomputers te testen.

Vervolgens werden aan de kwantumcomputers een aantal parameters aangepast en de staat van de moleculen berekend. Dat werd gedaan in de vorm van simulaties op een klassieke computer. Daarbij werd ook de 'systemic error mitigation' meegenomen, ofwel de ruis die - in ieder geval nu nog - onlosmakelijk verbonden is met de huidige kwantumarchitecturen.

Meer benchmarks nodig

Pooser ziet het werk dat de groep nu publiceerde in het Nature Partner Journal Quantum Information, als een belangrijke eerste stap naar het ontwikkelen van een universele benchmark voor kwantumcomputers. Zo'n benchmark bestaat ook al lang voor de snelste traditionele computers in de vorm van de LINPACK-benchmark. Het team wil in een vervolg op dit werk meer tests creëren zodat de prestaties van kwantumcomputers in verschillende wetenschappelijke domeinen goed kunnen worden vergeleken. De verwachting is ook dat de tests zich in de loop van de tijd zullen ontwikkelen naarmate de kwantumhardware verder evolueert.

Het Oak Ridge National Laboratory is het onderzoeksinstituut van het Amerikaanse ministerie van Energie (DoE). Het instituut beschikt over de Summit-computer, een van de twee krachtigste supercomputers die op dit moment bestaan. Onderzoekers van het ORNL doen al zo'n 10 jaar onderzoek aan de ontwikkeling van grensverleggende computerplatformen zoals bijvoorbeeld kwantumfysica mogelijk maakt. Daardoor hadden Pooser en zijn team ook toegang tot de 20-qubit IBM Tokyo- en 16-qubit Rigetti Aspen-processors.