De zoektocht naar krachtigere kwantumcomputers kan afhangen van een technologie die tientallen jaren geleden is afgewezen: supergeleidende circuits. Hoewel er in de jaren tachtig een aanvankelijke hype was rond deze ultra-efficiënte componenten, werden ze uiteindelijk buitenspel gezet door conventionele, hitte-spuwende chips. Nu herziet een nieuwe generatie onderzoekers deze aanpak, met het potentieel om de schaalbaarheid en efficiëntie van quantum computing dramatisch te verbeteren.
De vergeten belofte van supergeleiding
In 1980 investeerde IBM zwaar in supergeleidende technologie, waarbij hij computers voor ogen had die het energieverlies zouden minimaliseren en de prestaties zouden maximaliseren. Scientific American had zelfs een supergeleidend circuit op de cover, wat het waargenomen potentieel van de technologie aangaf. De noodzaak om extreem lage temperaturen te handhaven bleek echter te kostbaar en onpraktisch, wat IBM ertoe bracht deze inspanning in 1983 stop te zetten. Ondanks deze tegenslag bleven de onderliggende principes relevant.
SEEQC: Supergeleiding terug op de voorgrond brengen
Eén bedrijf, SEEQC, blaast deze aanpak actief nieuw leven in. Hun vestiging in de staat New York zet het onderzoek voort dat is geïnitieerd vanuit IBM’s supergeleidende computerprogramma met sluiters. Het bedrijf wil supergeleidende chips gebruiken om de huidige beperkingen in het ontwerp van kwantumcomputers te overwinnen. Hun fabricageproces omvat het zorgvuldig aanbrengen van ultradun niobiummetaal op diëlektrische materialen, waardoor delicate structuren ontstaan die essentieel zijn voor kwantumoperaties.
Het kernprobleem: energie-efficiëntie bij kwantumcomputing
Conventionele computers verliezen energie in de vorm van warmte, waardoor ze op grote schaal inefficiënt worden. Michael Frank, een computerwetenschapper, merkte op dat een typische computer in wezen een dure verwarming is met een klein rekenkundig neveneffect. Supergeleidende componenten transporteren elektriciteit echter met perfecte efficiëntie, waardoor dit afval wordt geëlimineerd. De uitdaging ligt in het handhaven van de extreme kou die nodig is voor supergeleiding – slechts een paar graden boven het absolute nulpunt.
De tweede kans van Quantum Computing met supergeleiders
Supergeleiders doken eind jaren negentig opnieuw op met de creatie van de eerste supergeleidende qubit. Dit markeerde een verschuiving van het repliceren van conventioneel computergebruik naar het verkennen van geheel nieuwe computerparadigma’s. Tegenwoordig gebruiken Google en IBM supergeleidende qubits in hun krachtigste kwantumcomputers, wat potentiële doorbraken in het oplossen van wetenschappelijke problemen aantoont.
Het knelpunt: het opschalen van kwantumsystemen
Ondanks deze vooruitgang blijven kwantumcomputers beperkt door praktische technische hindernissen. Het toevoegen van meer qubits – de fundamentele bouwstenen van kwantumberekeningen – vereist exponentieel toenemende controlemechanismen en bekabeling. De enorme fysieke complexiteit zorgt voor hitte, verslechtert de prestaties van qubits en beperkt uiteindelijk de schaalbaarheid.
SEEQC’s oplossing: geïntegreerde supergeleidende controlechips
De innovatie van SEEQC pakt dit knelpunt aan. Ze hebben een chip ontwikkeld die supergeleidende qubits integreert met een conventioneel supergeleidend regelcircuit. Dit ontwerp elimineert de behoefte aan omvangrijke, energie-intensieve componenten op kamertemperatuur die momenteel de kwantumcomputerarchitectuur domineren.
De belangrijkste voordelen zijn onder meer:
- Gereduceerde hitte: Door alle componenten in dezelfde cryogene omgeving te houden, minimaliseert het systeem externe hitte-interferentie.
- Energie-efficiëntie: De supergeleidende controlechip werkt op een fractie van het vermogen dat conventionele alternatieven nodig hebben, waardoor de energie-efficiëntie mogelijk met een factor een miljard wordt verbeterd.
- Vereenvoudigde architectuur: Geïntegreerd ontwerp vermindert de complexiteit van de bekabeling en signaalvertragingen, waardoor de qubit-controle en foutcorrectie worden verbeterd.
De weg vooruit
SEEQC test momenteel zijn chips met verschillende qubit-ontwerpen en laat veelbelovende eerste resultaten zien. Het opschalen naar de machines van een miljoen qubit die onderzoekers als David DiVincenzo voor ogen hebben, blijft echter een aanzienlijke uitdaging. Het bedrijf pakt ook fundamentele natuurkundige problemen aan, zoals het voorkomen dat kwantumwervelingen de prestaties van qubits verstoren.
Uiteindelijk zou de heropleving van de supergeleidende technologie uit de jaren tachtig de toekomst van quantum computing opnieuw kunnen definiëren. Door de architectuur te stroomlijnen en de efficiëntie te maximaliseren, biedt de aanpak van SEEQC een pad naar krachtigere, schaalbare en duurzamere kwantumsystemen.
