Wat betekent kwantumfoutcorrectie 'onder de drempel', en wie heeft het aangetoond?
Onder de drempel betekent: de kans dat een afzonderlijke kwantumbewerking misgaat, blijft klein genoeg om fouten weg te werken. Ze stapelen dan niet op. Dat is de kern van de kwantumdrempelstelling. Blijft de foutkans onder die kritieke grens, dan kan foutcorrectie de resterende fouten tot een willekeurig laag niveau terugbrengen. Voor de meest gebruikte aanpak, de “surface code”, ligt die drempel rond de 1 procent. Volgens Google Quantum AI zelf toonde het dat op 9 december 2024 voor het eerst experimenteel aan. Dat gebeurde met de supergeleidende chip Willow.
Hoe fysieke en logische qubits samenwerken
Een fysieke qubit is het werkelijke, foutgevoelige kwantumsysteem, bijvoorbeeld een supergeleidend circuit. Een logische qubit is een robuustere rekeneenheid. Die is opgebouwd uit meerdere fysieke qubits die volgens een foutcorrectiecode zoals de surface code met elkaar verstrengeld zijn. Het systeem meet daarbij regelmatig “stabilisatoren”. Die signaleren fouten zonder de onderliggende kwantuminformatie te verstoren. Zo spoort het systeem een afwijking op en herstelt die zonder de berekening te onderbreken. Onder de drempel werkt dat averechts voor fouten: meer fysieke qubits per logische qubit verlagen de foutkans, in plaats van die te verhogen.
Dertig jaar tussen theorie en bewijs
De drempelstelling werd medio jaren negentig bewezen, onafhankelijk van elkaar, door drie groepen natuurkundigen. Het waren Dorit Aharonov en Michael Ben-Or, het trio Emanuel Knill, Raymond Laflamme en Wojciech Zurek, en Alexei Kitaev. Zij bouwden voort op het werk van Peter Shor. Shor stelde in 1995 de eerste kwantumfoutcorrectiecode voor en kon in 1996, in het paper “Fault-tolerant quantum computation”, alleen een zwakkere versie van de stelling aantonen. Tot Google Quantum AI’s eigen meting met Willow lukte het sindsdien niet om dit in de praktijk te laten zien.
Bij die meting nam de foutkans van de logische qubit af in plaats van toe, naarmate de foutcorrectiecode groter werd. Het resultaat is gepubliceerd in Nature. Volgens Hartmut Neven, oprichter en hoofd van Google Quantum AI, is dit de eerste keer dat dit experimenteel is aangetoond. Dat is sinds het concept in 1995 werd voorgesteld.
De cijfers achter het resultaat
Volgens Google Quantum AI zelf testte het eigen team foutcorrectiecodes van toenemende omvang. Het ging om roostergroottes van 3x3 tot 5x5 tot 7x7 fysieke qubits, in het paper “afstand”-5 en “afstand”-7 genoemd. Volgens de eigen aankondiging halveerde de foutkans van de logische qubit telkens ongeveer bij elke stap. Het onderliggende paper geeft een foutonderdrukkingsfactor van 2,14 ± 0,02 bij het vergroten van de codeafstand met twee stappen. Voor de grootste, afstand-7 code was de foutkans 0,143 procent ± 0,003 procent per correctiecyclus.
Die logische qubit overleefde, volgens Google Quantum AI zelf, gemiddeld 2,4 ± 0,3 keer langer dan de best presterende fysieke qubit waaruit hij was opgebouwd. Daarmee kwam de logische qubit voor het eerst voorbij het zogeheten “breakeven”-punt. Foutcorrectie levert dan een netto verbetering op, in plaats van alleen overhead. Ter vergelijking meldt het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology dat de beste kwantumcomputers van vandaag gemiddeld bij ongeveer één op de duizend bewerkingen een fout maken. Dat geldt voor machines met honderden qubits.
Het Willow-resultaat betrof één logische qubit, geen systeem met meerdere tegelijk. Hoeveel logische qubits elk bedrijf nu laat werken en hoe een quantumcomputer in grote lijnen rekent, staan in eerdere uitlegstukken op deze site: hoeveel logische qubits heeft elk quantumbedrijf en hoe werkt een quantumcomputer. De peildatum van de cijfers in dit stuk is 9 december 2024, het moment van die aankondiging.
Bronnen
MethodiekHoe dit artikel tot stand kwam
- Feiten bevestigd
- 6 / 6
- Bronnen
- 5
- Laatst gecontroleerd
- 5 nov 2026
- Beeld
- Foto
Dit artikel is door een AI-systeem geschreven op basis van feiten uit internationale vakmedia, publicaties van bedrijven en onderzoeksinstellingen en openbare bronnen, met de bron bij elk feit, en gecontroleerd volgens onze methodologie. De auteursnaam is een redactioneel pseudoniem. Fouten? Meld ze via de contactpagina.
Gebruikte feiten
- De kwantumdrempelstelling ("quantum threshold theorem") zegt dat een kwantumcomputer onbeperkt lang foutloos kan blijven rekenen zolang de kans dat een afzonderlijke kwantumbewerking misgaat onder een bepaalde kritieke grens blijft, de "drempel", aldus Wikipedia. Blijft de fysieke foutkans onder die drempel, dan kan foutcorrectie de resterende fouten tot een willekeurig laag niveau terugbrengen; ligt de foutkans erboven, dan stapelen fouten zich juist op. Voor de meest gebruikte aanpak, de "surface code", wordt die drempel rond de 1 procent geschat. Wikipedia (EN), Quantum threshold theorem · 5 nov 2026
- Google Quantum AI maakte op 9 december 2024 bekend dat het voor het eerst "onder de drempel" had gerekend met de supergeleidende chip Willow: bij opschaling van de foutcorrectiecode nam de foutkans van de logische qubit af in plaats van toe. Het resultaat is gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Volgens Hartmut Neven, oprichter en hoofd van Google Quantum AI, is dit "de eerste keer sinds het concept in 1995 werd voorgesteld" dat dit daadwerkelijk experimenteel is aangetoond.
- Een "fysieke qubit" is het werkelijke, foutgevoelige kwantumsysteem (bijvoorbeeld een supergeleidend circuit), legt Wikipedia uit; een "logische qubit" is een robuustere rekeneenheid die wordt opgebouwd door meerdere fysieke qubits volgens een foutcorrectiecode, zoals de "surface code", met elkaar te verstrengelen. Door regelmatig "stabilisatoren" te meten die fouten signaleren zonder de onderliggende kwantuminformatie te verstoren, kan een afwijking worden opgespoord en gecorrigeerd zonder de berekening te onderbreken. Wikipedia (EN), Quantum error correction · 5 nov 2026
- De drempelstelling werd volgens Wikipedia medio jaren negentig onafhankelijk van elkaar bewezen door drie groepen natuurkundigen: Dorit Aharonov en Michael Ben-Or, het trio Emanuel Knill, Raymond Laflamme en Wojciech Zurek, en Alexei Kitaev. Zij bouwden voort op het werk van Peter Shor, die in 1995 de eerste kwantumfoutcorrectiecode voorstelde en in 1996, in het paper "Fault-tolerant quantum computation", een zwakkere versie van de drempelstelling kon aantonen. Volgens Google Quantum AI was het, tot de eigen meting met de chip Willow, sindsdien niet gelukt om in de praktijk te laten zien dat foutonderdrukking bij opschaling daadwerkelijk werkt. Wikipedia (EN), Quantum threshold theorem · 5 nov 2026
- Het Google Quantum AI-team testte foutcorrectiecodes van toenemende omvang (roostergroottes van 3x3 tot 5x5 tot 7x7 fysieke qubits, in het paper "afstand"-5 en "afstand"-7 genoemd) en zag de foutkans van de logische qubit telkens ongeveer halveren bij elke stap, aldus de eigen aankondiging. In het onderliggende paper geeft het team een foutonderdrukkingsfactor van 2,14 ± 0,02 bij het vergroten van de codeafstand met twee stappen, met een foutkans van 0,143% ± 0,003% per correctiecyclus voor de grootste, afstand-7 code.
- Volgens het onderzoeksteam overleefde de logische qubit van de afstand-7 code gemiddeld 2,4 ± 0,3 keer langer dan de best presterende fysieke qubit waaruit hij was opgebouwd, waarmee de logische qubit voor het eerst voorbij het zogeheten "breakeven"-punt kwam: de foutcorrectie levert dan een netto verbetering op in plaats van alleen overhead. Ter vergelijking meldt het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) dat de beste kwantumcomputers van vandaag met honderden qubits gemiddeld bij ongeveer één op de duizend bewerkingen een fout maken. NIST, Quantum Computing Explained · 5 nov 2026
_Z13WPmA.webp)
_Z2egQJ9.webp)
