Alle ogen uit de quantumwereld zijn op Google gericht. De techgigant heeft mogelijk een manier gevonden om aan te tonen dat quantumcomputers een taak beter kunnen uitvoeren dan klassieke computers. Dit wordt ook wel quantumsuperioriteit genoemd.
Ook al wordt unaniem aangenomen dat quantumsuperioriteit vroeg of laat bereikt zal worden, dit is nog nooit aangetoond, doordat op de huidige quantumcomputers maar een klein aantal vrij specifieke algoritmes kunnen draaien.
Googles plan is om simulaties van het spel kop of munt te gebruiken. Een normale computer doet dit door twee getallen in zijn geheugen te bewaren en willekeurig een van die twee getallen te kiezen. Om bijvoorbeeld vijftig worpen te simuleren, doet hij dit vijftig keer op een rij.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
Dit is simpel voor normale munten, maar wanneer deze zich volgens de wetten van de quantummechanica gedragen, wordt het een heel andere zaak. Bij een quantummunt kunnen we van een individuele munt nooit weten of hij kop of munt was als we de configuratie van al de andere munten niet weten, een fenomeen dat quantumverstrengeling heet. Doordat klassieke computers sequentieel werken, is het onmogelijk om vijftig nummers tegelijkertijd te kiezen.
Een bit – de bouwsteen van de klassieke computer – heeft maar twee toestanden, kop of munt. Er zijn dus honderden terabytes aan dataopslag nodig om de gehele configuratie van de toestanden van vijftig muntjes op te slaan.
Een qubit muntworp
Een quantumcomputer werkt in plaats van bits met qubits, die in twee toestanden tegelijkertijd kunnen bestaan. Hierdoor is het mogelijk om de kansverdeling van alle configuraties van de munten op te slaan in een qubit voor elk muntje. Het team van Google stelt dat dit probleem dus makkelijker is op te lossen voor de quantumcomputer.
In het nieuwe voorstel demonstreert het team dat ze met hun 9-qubit quantumcomputer negen quantumworpen met hoge nauwkeurigheid kunnen simuleren. ‘Als we dezelfde lage foutenpercentages kunnen bereiken met een 50-qubit computer, kunnen we quantumeffecten onderzoeken die op een andere manier onmogelijk zouden zijn’, stelt het team. Quantumcomputers zouden dus al in de nabije toekomst kunnen worden gebruikt om natuurkundige fenomenen te bestuderen, wat een grote stap zou ten opzichte van de eerste versies waar nog niet veel praktisch mee kon worden gedaan.
Het enige dat nog op zich laat wachten is de 50-qubit quantumcomputer, maar gezien de indrukwekkende resultaten van het Google team duurt dat niet lang meer.
‘Ze maken heel vaak hun verwachtingen waar’, zegt Scott Aaronson van de University of Texas in Austin. ‘Het team van Google heeft inmiddels zo’n imposante lijst aan prestaties dat iedereen direct luistert wanneer ze iets demonstreren’.
Het Google team heeft volgens Jacob Taylor van de University of Maryland inderdaad het benodigde voorbereidende werk geleverd om grootschalige quantumcomputers te ontwikkelen. ‘Ze hebben gedemonstreerd dat de meeste valkuilen zijn gedicht,’ stelt Taylor.
Om het probleem heen draaien
Niet iedereen is het ermee eens dat het werpen van quantummunten de manier is om quantumsuperioriteit aan te kunnen tonen.
‘Het is onduidelijk dat wat zij claimen daadwerkelijk quantumsuperioriteit laat zien’, zegt Itay Hen van de University of Southern California. ‘Je moet echt duidelijk maken dat klassieke computers dit niet kunnen simuleren’.
Veel van de belangrijke quantummechanische systemen kunnen worden gesimuleerd op hedendaagse computers, doordat het bijvoorbeeld niet per se nodig is om alle informatie van de simulatie op te slaan en je niet die honderden terabyte aan data moet opslaan.
Het bewijs dat een simulatie als deze niet uitgevoerd kan worden op een klassieke computer bestaat bovendien nog niet, maar dat lijkt niet te deren. Ideeën in dit onderzoeksveld worden vaker geaccepteerd als waarheid, zelfs zonder formeel bewijs. ‘We weten bijna zeker dat er geen snel klassiek algoritme bestaat dat dit soort quantumproblemen kan oplossen’, zegt Aaronson. Als dit waar blijkt te zijn en Google zijn gedemonstreerde plannen weet uit te voeren, beschikken we eindelijk over een hint dat quantumcomputers degelijk beter zijn dan de klassieke variant.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: