Vanuit Cambridge in het Verenigd Koninkrijk en Broomfield in de Amerikaanse staat Colorado komt een opvallende stap in de wereldwijde wedloop rond quantumcomputers. Het bedrijf Quantinuum stelde er een nieuwe machine voor met de naam Helios. Het toestel werkt met 98 qubits, de informatie-eenheden die een quantumcomputer gebruikt om gegevens te verwerken. Daarmee is Helios volgens het bedrijf de grootste zogeheten ’trapped-ion’-quantumcomputer die tot nu toe is gebouwd. Het is de opvolger van eerdere toestellen die in 2023 op 32 qubits draaiden en in 2025 op 56 qubits.
- Helios telt 98 qubits en is de grootste ionen-quantumcomputer tot nu toe.
- Het toestel komt van Quantinuum, gevestigd in Cambridge (VK) en Broomfield (VS).
- De machine draait voorlopig enkel willekeurige testberekeningen, geen praktische toepassingen.
- Voor echt bruikbare quantumcomputers zijn naar schatting zo’n miljoen qubits nodig.
Voor een Europese lezer is de Britse vestiging veelzeggend: het onderzoek naar quantumtechnologie concentreert zich niet alleen in de Verenigde Staten, maar ook in Europa. Het Verenigd Koninkrijk heeft met zijn nationale quantumstrategie zelfs een expliciet doel geformuleerd, waar we verderop op terugkomen.
Waarom een ’trapped-ion’-computer anders werkt
Quantumcomputers benutten de wetten van de quantummechanica, de natuurkunde op atomaire en subatomaire schaal. Er bestaan verschillende ontwerpen. Helios is een trapped-ion-machine: ze gebruikt geladen atomen (ionen) die met elektromagnetische velden vrij in de ruimte worden vastgehouden.
De architectuur heet QCCD (quantum charge-coupled device) en werd in 2002 bedacht. Ze lijkt op de opbouw van een klassieke computer, met aparte zones voor opslag en verwerking. Waar een gewone computer een geheugen (harde schijf, SSD) en een aparte processor (CPU, GPU) heeft, verplaatst een QCCD de geladen ionen elektrisch van de opslag- naar de verwerkingszone. De verwerking zelf gebeurt met laserpulsen.
De vorm van Helios doet denken aan een rozet: een ring voor opslag en twee ‘stromen’ voor verwerking. Het cruciale onderdeel is de kruising in de vorm van een X, waar de zones samenkomen. Dat verschilt sterk van andere aanpakken, zoals supergeleidende qubits, waar de qubits op een vaste plaats blijven en de verwerking via elektrische signalen verloopt.
Drie voordelen en twee nieuwe doorbraken
De QCCD-aanpak biedt volgens de onderzoekers drie voordelen. Bewerkingen op bepaalde qubits verstoren hun buren niet, wat de zogenoemde ‘crosstalk’ vermindert. Qubits kunnen tijdens een berekening gemeten en gereset worden, zodat onvermijdelijke fouten vroeg opgespoord en gecorrigeerd worden. En omdat qubits vanuit heel verschillende delen van het geheugen benaderd kunnen worden, kunnen ook ver van elkaar liggende qubits met elkaar verbonden worden.
Helios steunt op twee vernieuwingen. In de hardware laat de vierwegs X-kruising toe om meerdere taken tegelijk uit te voeren in plaats van één na één, wat veel sneller is. In eerdere QCCD-machines kon data enkel in één lijn of lus heen en weer bewegen. In de software plant een nieuw besturingsprogramma, Helios runtime, de snelste route voor het verplaatsen en verwerken van de gegevens.
Samen maken die twee doorbraken het volgens de makers mogelijk om berekeningen uit te voeren die zelfs de grootste supercomputers met bekende methodes niet binnen redelijke tijd aankunnen.
Waarom de doorbraak nog geen praktische computer oplevert
Toch is enige nuance op haar plaats. De berekeningen van Helios waren tot nu toe enkel willekeurige benchmarktests. Het praktische belang blijft dus voorlopig beperkt. Voor quantumberekeningen die er in wetenschap en handel echt toe doen, zijn zelfs volgens de meest optimistische schattingen veel grotere en betere machines nodig — in de orde van een miljoen qubits.
Dat het einddoel nog ver weg ligt, blijkt uit de Britse ambitie. De nationale quantumstrategie mikt op een foutbestendige quantumcomputer die een biljoen bewerkingen aankan. Ter vergelijking: de langste berekening die Helios uitvoerde, telde ongeveer 4.000 bewerkingen op 98 qubits.
Zo’n foutbestendige machine bouwen blijft een enorme uitdaging. Het zou betekenen dat duizenden QCCD-toestellen, elk met duizenden qubits, via quantumverbindingen aan elkaar geknoopt moeten worden. Er bestaan visioenen van QCCD-toestellen met een tweedimensionaal raster, als een stratenplan van een stad. Maar het fysieke transport van de qubits verloopt traag, omdat het zeer precieze spanningen vereist, en dat probleem groeit mee met de omvang van het toestel.
Voorlopig is Helios vooral een boeiende stap vooruit in een vakgebied dat wereldwijd in volle ontwikkeling is. Welke vorm de toekomstige quantumcomputers ook aannemen, ze zullen bestaan uit vernuftig ontworpen hardware, ondersteund door slimme software.
Denkt u dat Europa in deze quantumwedloop kan bijblijven met de Verenigde Staten? Deel uw kijk op de toekomst van deze technologie in de reacties.
