Quantum Leap: Modular Architecture Could Revolutionize Superconducting Quantum Computing

Onderzoekers van de Universiteit van Chicago hebben een baanbrekende modulaire architectuur voor supergeleidende quantumcomputers onthuld, die een schaalbaar en efficiënt alternatief biedt voor conventionele 2D arrays van qubits. Volgens de rapportage van Nick Flaherty op eeNews Europe, is deze innovatie, ontwikkeld in het Cleland Lab binnen de Pritzker School of Molecular Engineering (PME), gecentreerd rond een herconfigureerbare router die fungeert als de hub van een modulair systeem.

In tegenstelling tot traditionele systemen die qubit-interacties beperken tot de dichtstbijzijnde buren, maakt deze benadering het mogelijk om elke twee qubits binnen elke module te verbinden en te verstrengelen. Door gebruik te maken van kleinere chips met een hoger rendement, kan dit ontwerp de weg vrijmaken voor grotere systemen zonder aan efficiëntie in te boeten.

De innovatie van het team omvat quantumschakelaars gemaakt van condensator-gebaseerde SQUID (superconducting quantum interference device) loops. Deze schakelaars stemmen de magnetische flux dynamisch af om qubits binnen nanoseconden te verbinden of te ontkoppelen, waardoor natuurgetrouwe quantumpoorten en verstrengelingsgeneratie worden bereikt. Hierdoor bereikt de centrale hub indrukwekkende betrouwbaarheidsniveaus: een gemiddelde van 96,00% en een piek van 97,14%, voornamelijk beperkt door qubit dephasing. Bovendien heeft het systeem met succes GHZ-3 en GHZ-4 toestanden gedemonstreerd met getrouwheden van respectievelijk 88,15% en 75,18%.

"Een quantumcomputer concurreert niet noodzakelijkerwijs met een klassieke computer in zaken als geheugengrootte of CPU-grootte", zei PME-professor Andrew Cleland. "In plaats daarvan profiteren ze van een fundamenteel andere schaling: Een verdubbeling van een quantumcomputer vereist slechts één extra qubit."

Promovendus Xuntao Wu benadrukte het grenzeloze potentieel van het op routers gebaseerde ontwerp: "In principe is er geen limiet aan het aantal qubits dat via de routers kan worden verbonden." Deze modulaire aanpak weerspiegelt de structuur van klassieke computersystemen en belooft een vergelijkbare schaalbaarheid voor quantumprocessoren.

In de toekomst wil het team het koppelbereik van hun supergeleidende qubitplatform uitbreiden en methoden onderzoeken om qubits op afstand te integreren. "Op dit moment is het koppelingsbereik een soort middenbereik, in de orde van millimeters," zei Wu.

Omdat quantumcomputing grenzen verlegt, betekent deze modulaire architectuur een belangrijke stap in de richting van fouttolerante, schaalbare systemen.