Een kwantumcomputer is geen superieure alleskunner

De 19 bits-kwantumprocessor van Rigetti Computing

De 19 bits-kwantumprocessor van Rigetti (afb: Rigetti)

Onderzoekers in Australië rond Michelle Simons hebben de communicatie tussen kwantumbits, die tezamen een logische poort vormden, 200 keer versneld. In dit blog kom je met enige regelmaat berichten over de (in mijn ogen erg trage) ontwikkeling van kwantumcomputers tegen. Als het over dat type rekentuigen gaat wordt er vaak in superlatieven gesproken, maar ik heb (op gezag van mensen die er echt verstand van hebben) steeds de nadruk op gelegd dat kwantumrekentuigen geen superieure alleskunners zijn. Hoe het wel zit vertelt Kevin Hartnett in Quanta Magazine.
Die valt meteen met de deur in huis: kwantumcomputers zullen nooit de gewone, klassieke digitale computers vervangen. Je zult er niet mee over het wereldwijde web rondscharrelen, ze helpen je niet bij het invullen van je belastingformulieren en zullen er ook niet voor zorgen dat je via internet de nieuwste films kunt zien. Wat ze hoogstwaarschijnlijk wel zullen doen is bepaalde berekeningen en simulaties uitvoeren waar de digitale computers hopeloos op vastlopen. Ze zouden ingewikkelde systemen kunnen simuleren zoals het roerige leven in een cel of gigantische getallen kunnen factoriseren wat van belang is voor het beveiligen van digitale transacties. Op dat soort terreinen kun je spreken van kwantumovermacht (dat is althans de verwachting).
Je spreekt van kwantumovermacht (of -suprematie) als de kwantumcomputer iets kan waar de klassieke digitale computer niet toe in staat is. Dat onderscheid is niet keihard. Ook digitale rekentuigen zijn in de loop der jaren steeds ‘bijdehanter’ geworden door voortgaande miniaturisering en een, mede daardoor, steeds grotere rekenkracht. IBM-baas
Robert Sutor die verantwoordelijk is voor kwantumrekenen zegt daar dan ook helemaal niet mee bezig te zijn.
In de jaren 90 losten de eerste kwantumalgoritmes problemen op waar niemand mee worstelde, maar gaandeweg leken die toch meer praktisch nut te hebben zoals het factoriseren van gigantische getallen. Grappig genoeg weten de onderzoekers en andere deskundigen het zelf ook niet. Als de kwantumcomputer echt werkelijkheid is dan kun je pas echt zeggen waartoe ze in staat zijn, zo’n reactie.
Google zou het bedrijf zijn dat het hardst aan de deur klopt om het ‘kwantumtijdperk’ te openen. Die zou die ‘overmacht’ van kwantumrekenen voor het eind van dit jaar kunnen bewijzen, maar dat was al eens eerder voorspeld. Er zijn nog wat onderzoeksgroepen die in de race zijn zoals IBM, IonQ, Rigetti de Harvarduniversiteit.
Opmerkelijk dat ook hier weer Europa ontbreekt, hoewel vooral aan de technische universiteit in Wenen wel het een en ander gebeurt. En hoe zit het met de pionier D-Wave? Het is nooit helemaal duidelijk geworden of dat wel een kwantumcomputer is, maar Google was er wel als de kippen bij om de eerste machines van D-Wave te kopen.  Ook in Finland, Australië en Engeland bestaan plannen een kwantumcomputer te bouwen, maar de Amerikaanse pogingen weten machtige bedrijven achter zich.

Deze groepen hebben verschillende manieren om hun doel te bereiken. Google, IBM en Rigetti gebruiken supergeleiding om hun kwantumberekeningen uit te voeren. IonY gebruikt gevangen ionen als kwantumbits. Harvards groep rond Michail Loekin gebruikt rubidiumatomen. Microsoft werkt met topologische kwantumbits maar dat schijnt voor de langere termijn te zijn.

Topologische kwantumprocessor van Microsoft (?)

Topologische kwantumprocessor van Microsoft (?) (afb: Microsoft)

Supergeleidende circuits

Supergeleidende kwantumcircuits hebben het voordeel dat ze relatief simpel zijn. Ze zijn te maken met bestaande productietechnieken en de poortoperaties (zeg maar, de verwerkingssnelheid) zijn rap. De kwabits hebben niet de neiging te gaan wandelen, wat een probleem kan zijn bij andere technieken. Nadeel is dat ze diepgekoeld (enkele graden boven absolute nulpunt) moeten worden en dat elke supergeleidende chip apart geijkt moet worden, wat lastig is als je over duizenden kwabits en meer praat.
Ionvallen die als kwabits fungeren hebben weer andere voor- en nadelen. De afzonderlijke bits (ionen) zijn identiek. Dat maakt fabriceren relatief eenvoudig en deze kwabits zijn ook redelijk stabiel (in kwantumtermen dan). Maar de poorten (die heb je ook in ‘normale’ bits, want transistoren) zijn duizenden keren trager dan in supergeleidende circuits en je hebt altijd het risico dat die ionen gaan wandelen (en dat wil je niet)

Het lijkt er op dat supergeleidende kwabits in het voordeel zijn, maar in alle richtingen doen zich ernstige problemen voor bij in het in elkaar zetten van een werkende kwantummachine. Er zal nog wel het een en ander moeten gebeuren wil het Ding er staan (en werken). Kwantumrekenen zou een uitvinding als de transistor nodig hebben die de aloude digitale computer zoveel diensten heeft bewezen (want bijna ‘eindeloos’ opschaalbaar).

Als het eenmaal zover is dat die machine er staat, dan moet nog maar bewezen worden of de hooggespannen verwachtingen ook waar kunnen worden gemaakt. De kwantumrekentuigen zullen ook af moeten van de voortdurende neiging in de fout te gaan (die dan telkens weer gecorrigeerd moet worden). Voorlopig zou ik zeggen dat het kwantumrekentuig een onzekere toekomst heeft.
Simmons hoopt dat haar ‘doorbraak’ binnen tien jaar zal leiden toch krachtiger kwantumcomputers (zij werkt met gevangen fosforatomen in silicium). Australische onderzoekers, ook Simmons, zijn er heilig van overtuigd dat de kwantumcomputer nog steeds met siliciumtechnologie zal werken. We blijven het volgen…

Bronnen: Quanta Magazine, the Guardian

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.