Lattice‑surgery demonstratie bevordert fouttolerante kwantumcomputing

Een team van wetenschappers, geleid door onderzoekers van ETH Zürich, heeft onlangs een manier aangetoond om quantumbits te verstrengelen via lattice‑surgery. Het proces stelt ingenieurs in staat krachtigere quantumcomputers te bouwen, waardoor de al indrukwekkende mogelijkheden van deze apparaten worden uitgebreid en de deur wordt geopend voor toekomstige adoptie. Hier is wat u moet weten.

Wat maakt quantumcomputers fundamenteel anders

Quantumcomputers worden door velen gezien als de volgende stap in de evolutie van computers. Deze apparaten kunnen duizenden keren meer rekenkracht leveren, waardoor ze ideaal zijn voor complexe wetenschappelijke berekeningen en meer.

Quantumcomputers hebben bewezen veel krachtiger te zijn dan traditionele computers. Ze overtreffen traditionele apparaten omdat ze vertrouwen op qubits, superpositie, verstrengeling en interferentie om informatie te verwerken. Deze structuur maakt het mogelijk om miljoenen berekeningen parallel uit te voeren.

Waarom quantumfoutcorrectie de kernknelpunt is

Echter, als het gaat om het opslaan van quantumdata, is het veel moeilijker dan traditionele bits, die gekopieerd en opgeslagen kunnen worden. Bij het ophalen kunnen de duplicaten worden vergeleken om te garanderen dat de data niet beschadigd is.

Quantumfoutcorrectie is om verschillende redenen veel ingewikkelder. Ten eerste kunnen quantum‑qubits niet op dezelfde manier worden gekopieerd als traditionele bits. In plaats daarvan vertrouwen ze op verstrengelde toestanden die tussen qubits worden gecreëerd. Deze fragiele toestand kan gemakkelijk worden vernietigd.

Bit‑flips en fase‑flips

Daarnaast moeten quantumcomputers omgaan met decoherentie en faseverschuivingen. Quantumcomputers zijn uniek omdat qubits plotseling en zonder waarschuwing hun fase van positief naar negatief kunnen veranderen. Dit probleem heeft het opslaan van quantumdata over lange periodes moeilijker gemaakt.

Hoe ingenieurs dit probleem oplossen

Er zijn verschillende manieren waarop ingenieurs hebben geprobeerd deze quantumverschuivingen te corrigeren. Een populaire methode is het creëren van een logische qubit uit verschillende andere qubits. Eenmaal gecreëerd, passen ingenieurs continu foutcorrectie toe om nauwkeurigheid te waarborgen.

Dit proces vereist dat wetenschappers voortdurend de toestand van speciaal gebouwde stabilisatoren meten. Deze stabilisatoren stellen ingenieurs in staat elke verandering in de qubit te monitoren zonder de waarde ervan te wijzigen. Ze realiseren dit door traceerbare bit‑ en fase‑uitgangen te bieden.

Dit proces creëert datakubits. Deze kubits dienen om de correctietoestand op te slaan. Problemen ontstaan omdat de meeste quantumcomputers afhankelijk zijn van tweedimensionale arrays van supergeleidende qubits.

Deze qubits blijven vastzitten in de ruimte en kunnen niet worden verplaatst zonder de quantumtoestand te beschadigen. Stabilisatoren helpen de stabiliteit te behouden. Ze kunnen echter alleen werken op qubits die naast elkaar liggen, wat betekent dat ze ideaal zijn voor tweedimensionale qubit‑toepassingen en zeer beperkt inzetbaar zijn.

Lattice‑surgery op quantumbits‑studie

Om de mogelijkheden van quantumcomputing te verbeteren, publiceerden wetenschappers van ETH Zürich en het Paul Scherrer Institute de studie “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits¹” in Nature Physics.

Het artikel introduceert een nieuwe methodologie voor quantumverstrengeling en stabilisatoren. Hun nieuwe aanpak stelt quantumcomputers in staat quantum‑operaties uit te voeren tussen supergeleidende logische qubits terwijl realtime foutcorrectie wordt toegepast.

Wat is lattice‑surgery in quantumcomputing?

In het hart van deze nieuwe ontwikkeling staat lattice‑surgery. Lattice‑surgery verbindt topologische codes over logische qubits. Deze aanpak ondersteunt 2D‑qubit‑arrangementen naast fouttolerante poortoperaties.

Door gebruik te maken van lattice‑surgery konden de ingenieurs logische poorten toepassen tussen gecodeerde qubits, zelfs wanneer ze niet naast elkaar stonden. Deze strategie vermijdt direct qubit‑contact, waardoor fouten door decoherentie worden verminderd.

Lattice‑surgery maakt gebruik van patches, dit zijn qubits met toegepaste stabilisatoren. Het proces naait deze poorten tijdelijk aan elkaar, waardoor pariteitscontroles en een grotere code‑ruimte voor verwerking mogelijk zijn. Opmerkelijk is dat dit werk een van de eerste experimentele demonstraties van lattice‑surgery tussen gecodeerde logische qubits met supergeleidende surface‑code hardware vertegenwoordigt, terwijl realtime foutcorrectie tijdens de operatie wordt gehandhaafd.

Hoe het lattice‑surgery‑experiment werd uitgevoerd

De ingenieurs voerden verschillende tests uit om hun berekeningen te verifiëren. Eerst creëerde het team een quantumapparaat. De logische poort bestond uit 17 supergeleidende qubits gerangschikt in een ruwe vierkante vorm.

Na het verstrengelen van twee, richtten de ingenieurs zich op de split‑operaties. Hiervoor codeerden ze de logische qubits met bit‑flip‑repetities. Ze monitorden vervolgens elke 1,66 microseconden de resultaten van de stabilisatoren, terwijl ze tevens bit‑flip‑ en fase‑flip‑correcties uitvoerden.

De methode splitst het surface‑code‑vierkant in twee helften, waardoor het makkelijker te volgen en te testen is. De testresultaten toonden duidelijk aan dat hun theorieën correct waren.

Lattice‑surgery op quantumbits – testresultaten

De ingenieurs merkten op dat de bit‑flip‑fouten in realtime werden gecorrigeerd. Ze registreerden een verbetering ten opzichte van niet‑gecodeerde circuits onder dezelfde omstandigheden, met als resultaat dat de ingenieurs succesvol twee logische qubits creëerden die met elkaar verstrengeld waren.

Lattice‑surgery op quantumbits – voordelen

Deze studie biedt vele voordelen voor de markt. Ten eerste opent het de deur naar krachtigere en nauwkeurigere quantumcomputers. Het vermogen om fouttolerantie en correcties in deze apparaten te reduceren en in te coderen, zal toekomstige iteraties meer prestaties en stabiliteit geven.

Lattice‑surgery op quantumbits: praktische toepassingen & tijdlijn

Er zijn verschillende toepassingen voor dit werk. Primair zal dit onderzoek helpen de opkomende quantumcomputer‑sector uit te breiden en te verbeteren. Het biedt een nieuw niveau van stabiliteit aan deze apparaten, waardoor ingenieurs krachtigere eenheden kunnen creëren die op nog meer qubits vertrouwen om operaties aan te sturen.

Tijdlijn voor lattice‑surgery op quantumbits

Volgens ingenieurs is er nog veel werk te doen voordat deze technologie klaar is voor toepassing in de huidige geavanceerde quantumapparaten. U kunt echter verwachten dat deze technologie de sector in de komende 7‑10 jaar zal bereiken, samen met een grotere adoptie van quantumcomputers.

Lattice‑surgery op quantumbits: onderzoekers

Onderzoekers van verschillende vooraanstaande instellingen namen deel aan deze studie. Specifiek leidde D‑PHYS‑professor Andreas Wallraff het onderzoekspapier, terwijl professor Markus Müller van de RWTH Aachen University en het Forschungszentrum Jülich mede‑auteurs waren.

Het artikel vermeldt ook Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah en Dante Colao Zanuz als bijdragers.

Toekomst van lattice‑surgery op quantumbits

De toekomst van deze technologie ziet er rooskleurig uit. Het doel is om het te integreren met andere recente doorbraken om ingenieurs te helpen hun algehele doel te bereiken: bruikbare quantumcomputers bouwen die afhankelijk zijn van duizenden qubits in plaats van tientallen.

Investeren in quantum‑innovatie

De quantum‑computingsector wordt gedomineerd door verschillende onderzoeksbedrijven die miljoenen in de technologie hebben geïnvesteerd. Deze groepen blijven deze technologie verkennen met een innovatieve geest, waardoor voorheen onmogelijke benaderingen worden ontdekt. Hier is één bedrijf dat heeft bijgedragen aan toekomstige ontwikkelingen en adoptie.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) werd in 2013 opgericht door Chad Rigetti met het specifieke doel de krachtigste quantumcomputers ter wereld te bouwen met behulp van supergeleidende qubit‑technologie. In tegenstelling tot IonQ, dat gevangen ionen gebruikt, sluit Rigetti’s focus op supergeleidende circuits beter aan bij het ETH Zurich‑onderzoek naar lattice‑surgery op supergeleidende logische qubits.

In 2018 demonstreerde Rigetti een chip met 128 qubits, en het bedrijf heeft sindsdien de ontwikkeling van “Full‑Stack” quantumcomputing geleid. Dit omvat de Fab‑1‑faciliteit, ’s werelds eerste toegewijde quantum‑foundry, waar ze hun eigen quantumprocessoren ontwerpen en vervaardigen.

Rigetti heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt in hybride quantum‑klassieke computing. Het Quantum Cloud Services (QCS)‑platform integreert quantumprocessoren met high‑performance klassieke infrastructuur, een noodzaak voor de realtime foutcorrectie die in huidig onderzoek wordt besproken. In 2021 ging Rigetti naar de beurs via een fusie met Supernova Partners Acquisition Company II, genoteerd aan de NASDAQ.

Vandaag ontwikkelt Rigetti actief zijn Ankaa‑klasse systemen, die een vierkant rooster van afstelbare koppelaars gebruiken. Deze architectuur is specifiek ontworpen om het type fouttolerante operaties en logische qubit‑codering te ondersteunen die in de nieuwste ETH Zurich‑studie werd gedemonstreerd.

Laatste nieuws en prestaties van Rigetti Computing (RGTI)

Lattice‑surgery op quantumbits | Conclusie

Quantumcomputers beloven ongeëvenaarde rekenkracht, maar hun kwetsbaarheid heeft ze te duur gemaakt voor de meeste mensen om te gebruiken of te bezitten. Dit nieuwste werk zal helpen deze apparaten te stabiliseren, waardoor de wereld een stap dichter bij een betaalbare en betrouwbare optie komt. Om deze reden en meer verdienen deze ingenieurs een staande ovatie.

Lees hier meer over andere doorbraken in quantumcomputers hier.

Referenties

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}