QuiX Quantum, de toonaangevende
Europese ontwikkelaar van fotonische quantumcomputersystemen, kondigt
vandaag aan dat het voor het eerst "below the threshold"
foutmitigatie heeft aangetoond op een fotonische quantumcomputer.
Daarbij zijn fouten in fysieke qubits onderdrukt tot een niveau dat
compatibel is met schaalbare, fouttolerante quantumcomputing.
Deze prestatie markeert
de eerste keer dat een Europees bedrijf een productieklare methode voor
foutreductie demonstreert. Daarmee wordt ook de schaalbaarheid van het
fotonische quantumcomputingplatform van QuiX aangetoond. Het project
werd uitgevoerd op de QuiX BiaTM Cloud Quantum Computing Service in
samenwerking met NASA's Quantum Artificial Intelligence Laboratory, de
Universiteit van Twente en de Freie Universität Berlin.
Cruciaal
onderscheid
Quantuminformatie is fragiel, en zonder foutcorrectie is een berekening
van enige relevante omvang voor gebruikers onmogelijk. Daarom wordt het
vermogen om fouten in de quantumtoestand te beheersen gezien als een
cruciale mijlpaal voor elk van de concurrerende computerplatforms.
Steeds vaker beschouwen experts het vermogen om met dergelijke fouten
om te gaan als het cruciale onderscheid tussen de verschillende
technologische benaderingen.
Om een dergelijk protocol
betekenisvol te maken, moet het aan twee voorwaarden voldoen: het moet
meer fouten verwijderen dan het introduceert, en het mag de werking van
de rest van de computer niet belemmeren. QuiX is de eerste partij in de
fotonica die een protocol demonstreert dat aan beide eisen gelijktijdig
voldoet. De bevindingen worden beschreven in een artikel dat
beschikbaar is op
https://arxiv.org/abs/2601.05947 dat
momenteel in peer review is.
Dr.-Ing. Stefan
Hengesbach, CEO QuiX Quantum
"Onder de drempel,
fysieke foutmitigatie is nog nooit eerder geïmplementeerd in een
fotonische quantumcomputer. Deze prestatie markeert een belangrijke
mijlpaal en plaatst QuiX Quantum als koploper in de ontwikkeling van
fouttolerante fotonische quantumcomputing," zei
Stefan Hengesbach, CEO van QuiX
Quantum. "Wij geloven dat de meest efficiënte
aanpak strategie is om fouten vroegtijdig te verminderen in plaats van
ze tegen hoge kosten te corrigeren. Door netto positieve foutbeperking
op echte hardware aan te tonen, hebben we een fundamentele stap gezet
die de Europees leidersrol in het versnellen van quantumtechnologieën
richting krachtige, grootschalige systemen onderstreept."
"Dit artikel
vertegenwoordigt een belangrijke stap vooruit richting grootschalige
fotonische quantumcomputing," zei David DiVincenzo, directeur van
het Institute of Theoretical Nanoelectronics aan het Peter Grünberg
Instituut van het Forschungszentrum Jülich.
"Door gebruik te
maken van een multimodale optische Fouriertransformatie hebben de
auteurs experimenteel een goed doordacht fotondestillatieschema
aangetoond dat de benodigde middelen voor toekomstige fotonische
quantumprocessoren aanzienlijk kan verlagen. Dit werk zet een grote
stap vooruit op een van de hardnekkigste knelpunten bij het creëren van
onderling identieke fotonen, en wijst op een schaalbaar pad naar
quantum fouttolerantie."
Kunstenaarsimpressie
van fotondestillatie. Gedeeltelijk onderscheiden fotonen die door
onvolmaakte bronnen worden uitgezonden, worden verstoord door een
fotonisch destillatiecircuit en er ontstaat een enkele fotontoestand
met verbeterde niet-onderscheidbaarheid.
Fotonische
quantumcomputers gebruiken fotonen – lichtdeeltjes – als hun
informatiedragers. De fotonen bewegen zich over een optische chip en
raken met elkaar verstrengeld door hun quantummechanische
deeltjesstatistiek. De bronnen die deze deeltjes produceren zijn echter
niet perfect, en elke vorm van padinformatie die inherent in de fotonen
aanwezig is, verstoort de verstrengeling, wat resulteert in
onderscheidbaarheidsfouten.
Fotondestillatie is een
techniek op hardware-niveau die fouten vermindert door de kwaliteit van
individuele fotonen al vóór de quantumverwerking te verbeteren. Door
gebruik te maken van interferentie tussen meerdere imperfecte fotonen
ontstaat een ‘schoner’ en minder te onderscheiden foton. Dit gebeurt
zonder dat er extra qubits of klassieke nabewerking nodig is.
Met behulp van een
programmeerbare 20-modige fotonische processor demonstreerde het team
een fotondestillatiepoort die fotonen aantoonbaar meer op elkaar laat
lijken, waardoor de onderscheidbaarheidsfout met een factor 2,2 wordt
verminderd. Ondanks extra ruis die door de poort wordt geïntroduceerd,
realiseert het systeem een netto foutreductie van 1,2×, wat wijst op
foutmitigatie met netto winst.
Het onderzoek toont ook
aan dat het combineren van fotondestillatie met quantumfoutcorrectie de
benodigde systeemvereisten aanzienlijk kan verlagen. Op basis van
modellen met huidige fotonbronnen en fotonische architecturen kan deze
aanpak het aantal benodigde fotonbronnen per logische qubit tot vier
keer verminderen. Dit verlaagt de complexiteit en de kosten van het
systeem.
Dr. Jelmer J.
Renema, Chief Scientist QuiX Quantum
"Voor elke vorm van
quantumcomputing die wil opschalen, moet je aantonen dat je meer fouten
kunt verwijderen dan je toevoegt, terwijl de computer operationeel
blijft en dat is wat we hier hebben laten zien,” aldus Jelmer Renema,
Chief Scientist bij QuiX. “Onze fotondestillatiepoort is compatibel met
het uitvoeren van echte berekeningen en levert netto foutreductie op
wanneer alle ruis van de poort wordt meegenomen. Daarom is dit een
belangrijke doorbraak voor de fotonica en quantumcomputing in het algemeen.”
Het project werd
gedeeltelijk gefinancierd door het Purple NECtar Quantum
Challenges-initiatief van het Nederlandse Ministerie van Defensie.
Over QuiX Quantum
QuiX Quantum is een toonaangevende leverancier van fotonische
quantumcomputinghardware en stimuleert innovatie in heel Europa met de
ontwikkeling van zijn Universal Quantum Computer. Het eerste systeem,
dat inmiddels is verkocht en gecontracteerd voor levering, onderstreept
de impact van QuiX Quantum’s marktleidende hardware en bewezen
kwaliteit.
Na zijn uitbreiding in
Europa en het Verenigd Koninkrijk verlegt QuiX Quantum de grenzen van
quantumtechnologie en de industrie. Het bedrijf versterkt de
internationale concurrentiepositie van Europa, maakt gebruik van een
breed partnernetwerk en bedient een groeiende wereldwijde klantenbasis.