'Kwantumcomputer doet in minuten wat gewone computer 10.000 jaar kost'

De officiële bevestiging kwam er met de publicatie van een door andere wetenschappers getoetste paper in het blad Nature. Eerder was een ontwerp van de paper gelekt, waarop een forse controverse ontstond. Google heeft het over het bereiken van 'kwantumsuprematie', wat betekent dat met kwantumtechnologie een probleem werd opgelost dat klassieke computers praktisch niet aankunnen. Concurrenten betwijfelen de omvang van de prestatie. Sowieso is het nog jaren wachten op praktische toepassingen. 

Computerwetenschappers zoeken al tientallen jaren manieren om computers te laten profiteren van het gedrag van subatomaire deeltjes. Gewone computers werken op basis van bits die 0 of 1 kunnen zijn. Een kwantumcomputer encodeert informatie in de vorm van kwantumbits of qubits. Een qubit kan een toestand als 0 en 1 toelaten, maar ook een 'superpositie'. Daarbij kan een waarde worden aangenomen van 0, 1 en alles daartussen. Kwantumcomputers kunnen voor bepaalde toepassingen veel krachtiger zijn dan digitale computers. In plaats van één berekening per keer uit te voeren, kunnen ze exponentieel veel berekeningen tegelijk uitvoeren. 

Het probleem is dat de onderzoekers de qubits tot dicht bij het absolute dieptepunt (-273 graden) moeten afkoelen om vibraties te vermijden die anders fouten zouden genereren. Een onderzoeksgroep bij Google kon daarbij een betekenisvolle vooruitgang boeken.

Kwantumtoestand

Google ontwikkelde de microprocessor Sycamore die 54 qubits omvat. De onderzoekers konden bij hun experiment 53 van de qubits laten interageren in een kwantumtoestand. De computer kreeg vervolgens de opdracht patronen te detecteren in series van schijnbaar willekeurige cijfers. De kwantumcomputer bereikte een oplossing na 3 minuten en 20 seconden. De onderzoekers ramen dat het voor de krachtigste supercomputer ter wereld 10.000 jaar zou duren om tot een oplossing te komen.

CEO Sundar Pichai vergeleek de prestatie met het bouwen van de eerste raket die de aardse atmosfeer verliet om de rand van de ruimte te bereiken. 'Voor wetenschappers en technologen is dit het 'hello world'-moment waar we op gewacht hebben.' Pichai schrijft op zijn blog dat het gaat om de meest betekenisvolle stap tot nu toe in het realiseren van kwantumcomputing.

'Deze dramatische toename in snelheid vergeleken met alle gekende klassieke algoritmes is een experimentele realisering van kwantumsuprematie voor deze specifieke computionele taak', zeggen de onderzoekers, geleid door de expert Frank Arute.

Lof en kritiek

Bij de prestigieuze instelling MIT vergeleek William D. Oliver de prestatie met de eerste vluchten van de gebroeders Wright, maar sceptici zeggen dat Google de prestaties te zeer aandikt. Bij concurrent IBM zeiden onderzoekers dat een supercomputer met bijkomende opslagruimte voor het probleem niet meer dan twee en een halve dag nodig zou hebben en daarbij accurater zou zijn.

Ook vinden zij dat Google het publiek dreigt te misleiden door te impliceren dat kwantumcomputers de bestaande machines zouden vervangen. 'Kwantumcomputers zullen samenwerken met klassieke computers, ze hebben elk hun eigen sterktes', zegt IBM-onderzoeksdirecteur Dario Gil.

Torsten Siebert van het kwantumonderzoeksprogramma bij de Duitse Fraunhofer Society toonde zich onder de indruk van het experiment van Google, maar bevestigde ook dat zowel klassieke als kwantumcomputers elk hun eigen rol te spelen hebben.

Crypto en farma

Een van de mogelijke toepassingen van kwantumcomputing is het kraken van versleutelcodes. Toeval of niet, maar de bitcoin zakte woensdag afgetekend. Dat werd toegeschreven aan de aandacht die woensdag weer ging naar het project voor een digitale munt van Facebook, de libra. Topman Mark Zuckerberg was in Washington om vragen van Congresleden te beantwoorden. Maar ook werd verwezen naar de aankondiging van Google en de vrees dat kwantumcomputers de beveiliging van cryptomunten zouden onderuithalen.

Sundar Pichai doet zijn best de verwachtingen enigszins te temperen. Op zijn blog zegt hij dat 'er nog een lange weg te gaan is tussen de labexperimenten van vandaag en de praktische toepassingen van morgen'. Volgens de topman zijn nog veel jaren van onderzoek en ontwikkeling nodig vooraleer toepassingen ontstaan die echt kunnen dienen voor het oplossen van een bredere groep van 'real world'-problemen. 

Er wordt met name gedacht aan het overbodig maken van labo-experimenten in de farmaceutische en de chemische industrie. Kwantumcomputers zijn potentieel sterk in het 'simuleren van realiteiten'. Concreet kan het proces van poeders mengen om te kijken welke reactie dat geeft door zo'n computer worden gesimuleerd.