Het kan nog tientallen jaren duren voordat kwantumcomputers klaar zijn om problemen op te lossen die de klassieke computers van vandaag niet snel of efficiënt genoeg zijn om op te lossen, maar de opkomende 'probabilistische computer' zou de kloof tussen klassieke en kwantumcomputers kunnen overbruggen.

Ingenieurs van Purdue University en Tohoku University in Japan hebben de eerste hardware gebouwd om te demonstreren hoe de fundamentele eenheden van wat een probabilistische computer zou zijn - p-bits genaamd - in staat zijn om een ​​berekening uit te voeren die normaal gesproken voor kwantumcomputers zou worden gevraagd.

De studie, gepubliceerd in Natuur op woensdag (18 sept.), introduceert een apparaat dat dient als basis voor het bouwen van probabilistische computers om problemen op gebieden zoals drugsonderzoek efficiënter op te lossen, encryptie en cyberbeveiliging, financiële diensten, data-analyse en supply chain logistiek.

De huidige computers slaan informatie op en gebruiken deze in de vorm van nullen en enen, bits genoemd. Kwantumcomputers gebruiken qubits die tegelijkertijd nul en één kunnen zijn. in 2017, een Purdue-onderzoeksgroep onder leiding van Supriyo Datta, Thomas Duncan Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering van de universiteit, stelde het idee voor van een probabilistische computer die p-bits gebruikt die op elk moment nul of één kunnen zijn en snel tussen de twee kunnen fluctueren.

"Er is een nuttige subset van problemen die met qubits kunnen worden opgelost en die ook met p-bits kunnen worden opgelost. Je zou kunnen zeggen dat een p-bit een 'poor man's qubit' is, ' zei Datta.

Terwijl qubits echt koude temperaturen nodig hebben om te werken, p-bits werken bij kamertemperatuur zoals de hedendaagse elektronica, zodat bestaande hardware kan worden aangepast om een ​​probabilistische computer te bouwen, zeggen de onderzoekers.

Het team bouwde een apparaat dat een aangepaste versie is van magnetoresistief willekeurig toegankelijk geheugen, of MRAM, die sommige typen computers tegenwoordig gebruiken om informatie op te slaan. De technologie maakt gebruik van de oriëntatie van magneten om weerstanden te creëren die overeenkomen met nul of één.

Tohoku University-onderzoekers William Borders, Shusuke Fukami en Hideo Ohno hebben een MRAM-apparaat gewijzigd, waardoor het opzettelijk onstabiel wordt om het vermogen van p-bits om te fluctueren beter te vergemakkelijken. Purdue-onderzoekers combineerden dit apparaat met een transistor om een ​​eenheid met drie aansluitingen te bouwen waarvan de fluctuaties konden worden gecontroleerd. Acht van dergelijke p-bits werden met elkaar verbonden om een ​​probabilistische computer te bouwen.

De schakeling heeft met succes een oplossing gevonden voor wat vaak als een "kwantum"-probleem wordt beschouwd:of factoring, getallen zoals 35, 161 en 945 in kleinere aantallen, een berekening die bekend staat als factorisatie van gehele getallen. Deze berekeningen vallen ruim binnen de mogelijkheden van de hedendaagse klassieke computers, maar de onderzoekers zijn van mening dat de probabilistische benadering die in dit artikel wordt gedemonstreerd, veel minder ruimte en energie zou kosten.

"Op een chip, dit circuit zou hetzelfde gebied innemen als een transistor, maar voer een functie uit waarvoor duizenden transistors nodig waren. Het werkt ook op een manier die de berekening zou kunnen versnellen door de parallelle werking van een groot aantal p-bits, " zei Ahmed Zeeshan Pervaiz, een doctoraat student in elektrotechniek en computertechniek aan Purdue.

Realistisch, honderden p-bits zouden nodig zijn om grotere problemen op te lossen, maar dat is niet ver weg, zeggen de onderzoekers.

"In de nabije toekomst, p-bits kunnen een machine beter helpen om te leren zoals een mens dat doet of een route optimaliseren voor goederen om naar de markt te reizen, " zei Kerem Camsari, een Purdue postdoctoraal medewerker in elektrotechniek en computertechniek.