Quantumcomputer houdt chaos onder controle op 100 qubits: stap richting foutbestendig rekenen
Onderzoekers van Rutgers, IBM en andere instellingen lieten een quantumcomputer zichzelf tijdens het rekenen duizenden keren controleren en bijsturen. Een werkende foutbestendige quantumcomputer is het nog niet, wel een belangrijke bouwsteen ervoor.
Een quantumcomputer die tijdens het rekenen steeds even kijkt wat er binnenin gebeurt, en bijstuurt waar dat nodig is. Dat hebben onderzoekers van Rutgers University, IBM en verschillende Amerikaanse universiteiten laten zien. Hun studie verscheen in oktober 2026 in het vakblad Nature Physics. Volgens de onderzoekers is het een van de grootste demonstraties tot nu toe van zulke realtime bijsturing in een quantumcomputer.
Waarom bijsturen zo belangrijk is
Een quantumcomputer rekent met qubits: bouwstenen die, anders dan de nulletjes en eentjes in een gewone computer, meerdere toestanden tegelijk kunnen hebben. Dat maakt ze krachtig, maar ook heel kwetsbaar. Een beetje warmte of een storend signaal is al genoeg om een berekening te laten ontsporen. Je kunt de informatie ook niet zomaar kopiëren als reserve, want meten verstoort de toestand.
Daarom willen onderzoekers een quantumcomputer bouwen die tijdens het werk zijn eigen fouten opspoort en herstelt: een foutbestendige quantumcomputer. Zo'n machine bestaat nog niet. Een van de voorwaarden is dat de computer onderdelen kan controleren en resetten terwijl de rest gewoon doorrekent. Precies dat is nu op grote schaal gelukt.
Van chaos naar orde
Het experiment draaide op een IBM Quantum Heron-processor met 156 qubits, waarvan de onderzoekers een aaneengesloten keten van maximaal 100 qubits gebruikten. De computer wisselde twee taken af. De ene taak husselde informatie tussen naburige qubits door elkaar en verspreidde zo chaos. De andere taak controleerde losse qubits en zette ze zo nodig terug in een bekende toestand.
In totaal voerde het systeem bijna 5.000 bewerkingen op paren qubits uit en bijna 5.000 controles en resets. Het omslagpunt lag rond de helft. Kreeg de chaos de overhand, dan bleef het systeem rommelig. Kwam het controleren en resetten vaker voor, dan sloeg het systeem plotseling om naar een geordende toestand die de onderzoekers konden sturen. Natuurkundigen noemen zo'n plotselinge omslag een faseovergang, net als water dat bevriest tot ijs.
Die omslag werd scherper naarmate het systeem groter was, en dat klopte met wat de theorie voorspelde. Volgens Haining Pan, destijds postdoc aan Rutgers en een van de twee eerste auteurs, laat dat zien dat het om gedrag van het hele systeem gaat en niet om toeval in een klein circuit. De onderzoekers wijzen er ook op dat een gewone computer een systeem van ongeveer twee dozijn qubits kan narekenen, terwijl de IBM-processor er tot 100 aankon.
Maika Takita, onderzoeker bij IBM op het gebied van quantumfoutcorrectie, zegt dat de uitdaging niet was om één qubit te meten, maar om dat steeds opnieuw te doen terwijl de rest van de processor bleef werken. Volgens haar toont het experiment dat de hardware van nu dat duizenden keren kan over een groot systeem.
Begonnen met een weddenschap
Het idee ontstond in 2021 op een verjaardagsfeest. Natuurkundige Jedediah Pixley (Rutgers) en zijn vaste collega Sriram Ganeshan wedden over de vraag of een raadselachtig quantumeffect een tegenhanger had in de gewone natuurkunde. Ganeshan kreeg gelijk; Pixley betaalde met twee bolletjes bosbessenijs. De discussie leidde tot een nieuwe theorie over het temmen van quantumchaos. Een toevallig gesprek met IBM-natuurkundige Barbara Jones hielp om die theorie om te zetten in een experiment, dat de voorspelling nu bevestigt. Pixley noemt het resultaat een mijlpaal.
Naast Rutgers en IBM werkten onderzoekers mee van City College of New York, het CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University en Louisiana State University.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Foutbestendige quantumcomputers kunnen straks dingen narekenen die voor gewone computers te zwaar zijn, zoals het gedrag van moleculen en materialen. Dat helpt bij het ontwerpen van betere batterijen, katalysatoren en medicijnen. Dit experiment is nog geen werkende foutbestendige machine, maar laat wel zien dat de terugkoppeling die daarvoor nodig is, al werkt op hardware van vandaag. De volgende stap is de aanpak opschalen naar ingewikkeldere regels en echte berekeningen.
Daar komt AI goed van pas. Bij zulke terugkoppeling moet een computer razendsnel beslissen welke qubit hij moet bijsturen. Google DeepMind liet in 2024 al zien dat een AI-model fouten in een quantumcomputer beter kan herkennen dan de gangbare rekenmethodes. AI en quantumcomputers kunnen elkaar zo versterken: AI helpt de quantumcomputer stabiel te houden, en een stabiele quantumcomputer kan straks rekenwerk doen waar AI-onderzoek en wetenschap op wachten.
