Het is geen verrassing dat kwantumcomputing een media-obsessie is geworden. Een functionele en bruikbare kwantumcomputer zou een van de meest diepgaande technische prestaties van de eeuw zijn.

Voor onderzoekers zoals ik, de opwinding is welkom, maar sommige claims die in populaire winkels verschijnen, kunnen verbijsterend zijn.

Een recente infusie van contant geld en aandacht van de techgiganten heeft de interesse gewekt van analisten, die nu staan ​​te popelen om een ​​doorbraakmoment te verkondigen in de ontwikkeling van deze buitengewone technologie.

Quantum computing wordt beschreven als "net om de hoek", gewoon wachten op de technische bekwaamheid en ondernemersgeest van de technische sector om zijn volledige potentieel te realiseren.

Wat is de waarheid? Zijn we echt nog maar een paar jaar verwijderd van kwantumcomputers die alle online beveiligingssystemen kunnen doorbreken? Nu de technologiereuzen betrokken zijn, gaan we achterover leunen en wachten tot ze leveren? Is het nu allemaal "gewoon engineering"?

Waarom geven we zoveel om quantum computing?

Quantumcomputers zijn machines die de regels van de kwantumfysica gebruiken - met andere woorden, de fysica van hele kleine dingen - om informatie op nieuwe manieren te coderen en te verwerken.

Ze maken gebruik van de ongewone fysica die we op deze kleine schalen vinden, natuurkunde die onze dagelijkse ervaring tart, om problemen op te lossen die uitzonderlijk uitdagend zijn voor "klassieke" computers. Zie kwantumcomputers niet alleen als snellere versies van de computers van vandaag - beschouw ze als computers die op een totaal nieuwe manier functioneren. De twee zijn zo verschillend als een telraam en een pc.

Ze kunnen (in principe) moeilijke, high-impact vragen op gebieden zoals het breken van codes, zoeken, scheikunde en natuurkunde.

De belangrijkste hiervan is "factoring":het vinden van de twee priemgetallen, alleen deelbaar door één en zichzelf, die, wanneer ze samen worden vermenigvuldigd, een doelnummer bereiken. Bijvoorbeeld, de priemfactoren van 15 zijn 3 en 5.

Zo simpel als het lijkt, wanneer het te ontbinden aantal groot wordt, zeg 1, 000 cijfers lang, het probleem is in feite onmogelijk voor een klassieke computer. Het feit dat dit probleem zo moeilijk is voor elke conventionele computer, is hoe we de meeste internetcommunicatie beveiligen, zoals door middel van versleuteling met openbare sleutels.

Van sommige kwantumcomputers is bekend dat ze factoring exponentieel sneller uitvoeren dan welke klassieke supercomputer dan ook. Maar concurreren met een supercomputer vereist nog steeds een behoorlijk omvangrijke kwantumcomputer.

Geld verandert alles

Quantum computing begon eind jaren negentig als een unieke discipline, toen de Amerikaanse regering, bewust van het nieuw ontdekte potentieel van deze machines voor het breken van codes, begon te investeren in universitair onderzoek

Het veld trok teams van over de hele wereld samen, inclusief Australië, waar we nu twee Centers of Excellence in quantumtechnologie hebben (de auteur maakt deel uit van het Center of Excellence for Engineered Quantum Systems).

Maar de academische focus verschuift nu, gedeeltelijk, naar de industrie.

IBM heeft al lang een fundamenteel onderzoeksprogramma op dit gebied. Het werd onlangs vergezeld door Google, die hebben geïnvesteerd in een team van de Universiteit van Californië, en Microsoft, die wereldwijd samenwerkt met academici, waaronder de Universiteit van Sydney.

Schijnbaar ruikend bloed in het water, Durfkapitalisten in Silicon Valley zijn onlangs ook begonnen te investeren in nieuwe startups die werken aan het bouwen van kwantumcomputers.

De media hebben de komst van commerciële spelers ten onrechte gezien als het ontstaan ​​van recente technologische versnelling, liever dan een antwoord aan deze vorderingen.

Dus nu vinden we een verscheidenheid aan concurrerende beweringen over de stand van de techniek in het veld, waar het veld naartoe gaat, en wie als eerste bij het einddoel – een grootschalige kwantumcomputer – komt.

De stand van de techniek in de vreemdste technologieën

Conventionele computermicroprocessors kunnen meer dan een miljard fundamentele logische elementen bevatten, zogenaamde transistoren. In kwantumsystemen, de fundamentele kwantumlogische eenheden staan ​​bekend als qubits, en voor nu, ze zijn meestal in het bereik van een dozijn.

Dergelijke apparaten zijn buitengewoon opwindend voor onderzoekers en vertegenwoordigen een enorme vooruitgang, maar praktisch gezien zijn ze niet veel meer dan speelgoed. Ze komen niet in de buurt van wat nodig is voor factoring of een andere toepassing - ze zijn te klein en vertonen te veel fouten, ondanks wat de hectische krantenkoppen kunnen beloven.

Bijvoorbeeld, het is niet eens eenvoudig om de vraag te beantwoorden welk systeem op dit moment de beste qubits heeft.

Overweeg de twee dominante technologieën. Teams die ingesloten ionen gebruiken, hebben qubits die bestand zijn tegen fouten, maar relatief traag. Teams die supergeleidende qubits gebruiken (waaronder IBM en Google) hebben relatief foutgevoelige qubits die veel sneller zijn, en kan op korte termijn gemakkelijker te repliceren zijn.

Wat is beter? Er is geen pasklaar antwoord. Een kwantumcomputer met veel qubits die last hebben van veel fouten is niet per se nuttiger dan een hele kleine machine met zeer stabiele qubits.

Omdat kwantumcomputers ook verschillende vormen kunnen aannemen (algemeen doel versus toegespitst op één applicatie), we kunnen het zelfs niet eens worden over welk systeem momenteel de meeste mogelijkheden heeft.

evenzo, er is nu schijnbaar eindeloze concurrentie over vereenvoudigde statistieken zoals het aantal qubits. Vijf, 16, binnenkort 49! De vraag of een kwantumcomputer nuttig is, wordt door veel meer bepaald.

Waarheen vanaf hier?

Er is de laatste tijd veel aandacht in de media voor het bereiken van "kwantum suprematie". Dit is het punt waarop een kwantumcomputer beter presteert dan zijn beste klassieke tegenhanger, en het bereiken hiervan zou absoluut een belangrijke conceptuele vooruitgang in kwantumcomputing markeren.

Maar verwar "kwantum suprematie" niet met "nut".

Sommige onderzoekers van kwantumcomputers proberen enigszins mysterieuze problemen te bedenken waarmee kwantumsuprematie kan worden bereikt met, zeggen, 50-100 qubits – aantallen die binnen de komende jaren bereikbaar zijn.

Het bereiken van quantum suprematie betekent ook niet dat die machines nuttig zullen zijn, of dat de weg naar grootschalige machines duidelijk wordt.

Bovendien, we moeten nog uitzoeken hoe we met fouten kunnen omgaan. Klassieke computers hebben zelden hardwarefouten - het "blauwe scherm van de dood" komt meestal van softwarefouten, in plaats van hardwarestoringen. De kans op hardwarestoringen is meestal minder dan één op een miljard quadriljoen, of 10 ^-24 in wetenschappelijke notatie.

De beste kwantumcomputerhardware, anderzijds, bereikt doorgaans slechts ongeveer één op de tien, 000, of 10 ^-4. Dat is 20 ordes van grootte slechter.

Is het allemaal gewoon techniek?

We zien een langzame stijging van het aantal qubits in de meest geavanceerde systemen, en slimme wetenschappers denken na over problemen die nuttig kunnen worden aangepakt met kleine kwantumcomputers van slechts een paar honderd qubits.

Maar we worden nog steeds geconfronteerd met veel fundamentele vragen over hoe te bouwen, het bedienen of zelfs valideren van de prestaties van de grootschalige systemen waarvan we soms horen dat ze om de hoek liggen.

Als voorbeeld, als we een volledig "foutgecorrigeerde" kwantumcomputer zouden bouwen op de schaal van de miljoenen qubits die nodig zijn voor bruikbare factoring, voor zover we kunnen nagaan, het zou een totaal nieuwe staat van materie vertegenwoordigen. Dat is vrij fundamenteel.

In dit stadium, er is geen duidelijk pad naar de miljoenen foutgecorrigeerde qubits die volgens ons nodig zijn om een ​​bruikbare factoringmachine te bouwen. De huidige wereldwijde inspanningen (waaraan deze auteur deelneemt) zijn gericht op het bouwen van slechts één foutgecorrigeerde qubit die over vijf jaar moet worden geleverd.

Aan het einde van de dag, geen van de bovengenoemde teams zal waarschijnlijk in 2017 … of 2018 een bruikbare kwantumcomputer bouwen. Maar dat zou geen reden tot zorg moeten zijn als er onderweg zoveel spannende vragen zijn om te beantwoorden.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.