IBM onthulde gisteren zijn allereerste quantumcomputer voor commercieel gebruik, de IBM Q System One. Het bedrijf zegt dat het geen plannen heeft om het apparaat te verkopen, maar in plaats daarvan kunnen klanten quantumberekeningen uitvoeren via het internet.
Quantumcomputers zouden bepaalde taken veel beter uit kunnen voeren dan reguliere computers doordat ze gebruik maken van principes uit de quantummechanica. Tot nu toe heeft echter nog geen enkele quantumcomputer deze mijlpaal bereikt. Ook Q System One kan nog geen problemen oplossen die een gewone computer niet kan oplossen.
Dit is hoe we wiskundefobie te lijf kunnen gaan
Sarah Hart vertelt hoe we de angst voor getallen en formules weg kunnen nemen.
Quantumsuprematie
Q System One heeft 20 quantumbits (qubits), terwijl de meeste onderzoekers verwachten dat de eerste apparaten tenminste 50 qubits zullen vereisen om zogenaamde ‘quantumsuprematie’ te bereiken over gewone computers.
IBM heeft de afgelopen jaren steeds krachtigere quantumhardware beschikbaar gesteld aan de buitenwereld. In 2016 werd een machine met 5 qubits online gezet, waar iedereen gratis mee kon experimenteren. Het nieuwe systeem van 20 qubits is echter het eerste systeem dat is ontworpen met commerciële klanten in het achterhoofd.
Kwetsbare toestand
Het apparaat is ondergebracht in een temperatuurregulerende glazen behuizing die is ontworpen om de kwetsbare quantumtoestand van de qubits te behouden. IBM wil zo het benodigde onderhoud verminderen en het gebruik van het Q System One meer laten lijken op het werken met een gewone mainframe server.
IBM is niet het eerste bedrijf dat een quantumcomputer voor commercieel gebruik aanbiedt. In 2011 kondigde D-Wave Systems een partnerschap aan met vliegtuigfabrikant Lockheed Martin voor het gebruik van zijn 128-qubit processor. De machines van het bedrijf, die afhankelijk zijn van een techniek die quantumannealing wordt genoemd, worden door onderzoekers over het algemeen niet gezien als echte, universele quantumcomputers.
Vertrouwd raken
‘Q System One is geen wetenschappelijke doorbraak’, aldus quantumexpert Lieven Vandersypen van QuTech in Delft. ‘Wat IBM nu commercieel aanbiedt was eerder al beschikbaar in een laboratoriumsetting. Wel vind ik het bewonderenswaardig dat ze nu voldoende vertrouwen hebben in hun technologie om hem aan te bieden aan externe partijen. Dat kun je niet doen als je systeem maar af en toe werkt.’
Het commercialiseren heeft voordelen voor de ontwikkeling van het vakgebied. ‘Geïnteresseerde onderzoeksinstituten en bedrijven kunnen op deze manier zonder beperkingen experimenteren met een quantumcomputer, en er op die manier vertrouwd mee raken. Daardoor ontstaat er meer begrip over hoe een quantumcomputer werkt en wat hij wel en niet kan. De mogelijkheid bestaat dat daardoor ook weer nieuwe toepassingsgebieden ontstaan. Dat is op zijn beurt goed voor het vakgebied’, voegt Vandersypen toe.
Instabiele qubits
Volgens Harry Buhrman, directeur van quantumsoftware-instituut QuSoft, zijn twintig qubits bij lange na niet genoeg om een gewone computer te overtreffen. ‘Een berekening die een quantumcomputer met twintig qubits in een paar seconden verricht, kun je met een pc in een paar minuten simuleren’, zegt hij. ‘Wat de quantumcomputer van IBM kan, kan een gewone computer dus ook. Pas als een quantumcomputer meer dan honderd qubits heeft, wordt het onmogelijk om zijn berekeningen met een pc te simuleren.’
‘Bovendien zijn de qubits die IBM nu gebruikt niet stabiel, zodat ze snel fouten opleveren’, zegt Buhrman. ‘Om voor die fouten te corrigeren, heb je voor elke qubit zo’n honderd extra qubits nodig. Wil je een quantumcomputer met honderd stabiele qubits, dan moet je dus tienduizend van de huidige qubits combineren. Twintig instabiele qubits komt overeen met nog niet eens een halve stabiele qubit.’
Experimenteren
Toch noemt Buhrman de IBM Q System One wel al een ‘kleine quantumcomputer’. ‘Net zoals een gewone computer kan die willekeurige berekeningen uitvoeren. Daardoor kunnen er verschillende quantumprogramma’s op draaien. Twintig qubits combineren is bovendien heel lastig. Dat had een paar jaar geleden echt niet gekund’, zegt hij.
‘Het wordt heel leuk en nuttig om te experimenteren met deze quantumcomputer. We verwachten dat we over een jaar of vijf de eerste echte quantumcomputer hebben. Bij QuSoft onderzoeken we wat je daarmee zou kunnen doen’, zegt Buhrman. ‘Een quantumcomputer zal zeker niet alle problemen kunnen oplossen, maar wel bepaalde problemen waarvoor een gewone computer tekortschiet. Denk aan het simuleren van quantumprocessen in de natuurkunde, chemie en biologie. Alleen weten we nog niet welke problemen een quantumcomputer precies wel en niet kan oplossen. Om daarachter te komen, is het ontwikkelen van software net zo belangrijk als het ontwikkelen van hardware.’
Dat we niet weten wat een quantumcomputer precies zal kunnen, leidt soms tot scepsis. Volgens Buhrman moet je daar echter voorzichtig mee zijn. ‘Toen in de jaren vijftig de eerste computers werden ontwikkeld, dacht de directeur van IBM dat er geen wereldmarkt was voor meer dan vijf computers’, zegt hij. ‘Ik denk dat we nu in een soortgelijk stadium zitten. Ook de quantumcomputer zal allemaal deuren openen waar we nog geen weet van hebben.’
Dit bericht is 10 en 11 januari geüpdatet met reacties van Lieven Vandersypen en Harry Buhrman.
IBM’s Q System One. Beeld: IBM