Een kwantumcomputer heeft misschien een probleem in minuten opgelost waarvoor de snelste conventionele supercomputer meer dan 10 zou kosten, 000 jaar. Een concept van een paper van Google-onderzoekers waarin de prestatie is uitgelekt in de afgelopen dagen, veroorzaakte een lawine van berichtgeving en speculatie.

Hoewel het onderzoek nog niet door vakgenoten is beoordeeld - de definitieve versie van het artikel zal naar verwachting binnenkort verschijnen - als alles klopt, zou het "de eerste berekening zijn die alleen op een kwantumprocessor kan worden uitgevoerd."

Dat klinkt indrukwekkend, maar wat betekent het?

Quantum computing:de basis

Om te begrijpen waarom kwantumcomputers zo belangrijk zijn, we moeten terug naar conventioneel, of digitaal, computers.

Een computer is een apparaat dat invoer, voert een reeks instructies uit, en produceert een output. Op een digitale computer, deze ingangen, instructies en uitvoer zijn allemaal reeksen van enen en nullen (individueel bits genoemd).

Een kwantumcomputer doet hetzelfde, maar het gebruikt quantum stukjes, of qubits. Waar een bit slechts één van twee waarden aanneemt (1 of 0), een qubit gebruikt de complexe wiskunde van de kwantummechanica, een rijker pakket aan mogelijkheden bieden.

Het bouwen van kwantumcomputers vereist fenomenale techniek. Ze moeten worden geïsoleerd om ervoor te zorgen dat niets de delicate kwantumtoestanden van de qubits verstoort. Daarom worden ze bewaard in vacuümkamers die minder deeltjes bevatten dan de ruimte, of in koelkasten die kouder zijn dan wat dan ook in het universum.

Maar op het zelfde moment, je hebt een manier nodig om met de qubits te communiceren om er instructies op uit te voeren. De moeilijkheid van deze evenwichtsoefening betekent dat de omvang van kwantumcomputers langzaam is gegroeid.

Echter, naarmate het aantal qubits dat met elkaar verbonden is in een kwantumcomputer groeit, het wordt exponentieel ingewikkelder om zijn gedrag te imiteren met een digitale computer. Het toevoegen van een enkele qubit aan uw kwantumcomputer kan de hoeveelheid tijd verdubbelen die een digitale computer nodig zou hebben om gelijkwaardige berekeningen uit te voeren.

Tegen de tijd dat je tot 53 qubits hebt - dat is hoeveel er in de Sycamore-chip zitten die door de Google-onderzoekers wordt gebruikt - kan de kwantumcomputer snel berekeningen uitvoeren die onze grootste digitale computers (supercomputingclusters) duizenden jaren zouden kosten.

Wat is quantum suprematie?

Quantumcomputers zullen niet voor alles sneller zijn dan digitale computers. We weten dat ze goed zullen zijn in het ontbinden van grote getallen (wat slecht nieuws is voor online veiligheid) en het simuleren van sommige fysieke systemen zoals complexe moleculen (wat goed nieuws is voor medisch onderzoek). Maar in veel gevallen zullen ze geen voordeel hebben, en onderzoekers zijn nog aan het uitvogelen wat voor soort berekeningen ze precies kunnen versnellen en met hoeveel.

Quantum suprematie was de naam die werd gegeven aan het hypothetische punt waarop een kwantumcomputer een berekening kon uitvoeren die geen enkele denkbare digitale computer in een redelijke tijd zou kunnen uitvoeren.

De Google-onderzoekers blijken nu een dergelijke berekening te hebben gemaakt, al is de berekening zelf op het eerste gezicht weinig inspirerend.

De taak is om een ​​reeks willekeurige instructies op de kwantumcomputer uit te voeren, voer vervolgens het resultaat uit van het kijken naar zijn qubits. Voor een voldoende groot aantal instructies, dit wordt heel moeilijk na te bootsen met een digitale computer.

Nuttige kwantumcomputers nog steeds niet in zicht

Het idee van quantum suprematie is populair omdat het een haalbare mijlpaal is - een waardevolle valuta in het zeer competitieve gebied van quantum computing-onderzoek.

De prestatie van Google is technisch indrukwekkend omdat het volledige programmeerbaarheid op de 53-qubit-chip vereiste. Maar de uitgevoerde taak was specifiek ontworpen om quantum suprematie aan te tonen, en niets meer. Het is niet bekend of een dergelijk apparaat andere berekeningen kan uitvoeren die een digitale computer ook niet kan. Met andere woorden, dit duidt niet op de komst van quantum computing.

Een bruikbare kwantumcomputer voor algemeen gebruik zal veel groter moeten zijn. In plaats van 53 qubits, er zullen miljoenen voor nodig zijn. (Strikt gesproken, het vereist duizenden bijna foutloze qubits, maar om die te produceren, zijn miljoenen luidruchtige qubits nodig, zoals die op het Google-apparaat.)

Alomtegenwoordige kwantumcomputing is nog ver genoeg weg dat proberen te voorspellen wanneer het zal plaatsvinden en voor welke nuttige taken het uiteindelijk zal worden gebruikt, een recept voor schaamte is, omdat de geschiedenis ons leert dat onvoorziene toepassingen zullen bloeien als toegang tot nieuwe hulpmiddelen beschikbaar komt.

Een nieuw hulpmiddel voor de wetenschap

Vanuit wetenschappelijk oogpunt, de toekomst van kwantumberekening is nu veel spannender.

Aan de ene kant, kwantumberekening is confronterend. Op dezelfde manier konden de outputs van vroege digitale computers worden geverifieerd door handmatige berekeningen, de outputs van kwantumcomputers waren tot nu toe verifieerbaar door digitale computers.

Dit is niet langer het geval. Maar dat is goed, want nu geven deze nieuwe apparaten ons nieuwe wetenschappelijke hulpmiddelen. Alleen al het gebruik van deze apparaten levert exotische fysica op die we nog nooit in de natuur zijn tegengekomen. Het simuleren van kwantumfysica in dit nieuwe regime zou nieuwe inzichten kunnen opleveren in alle wetenschapsgebieden, helemaal van een meer gedetailleerd begrip van biologische processen tot het onderzoeken van de mogelijke effecten die de kwantumfysica heeft op de ruimtetijd.

Kwantumberekening vertegenwoordigt een fundamentele verschuiving die nu aan de gang is. Het meest opwindende is niet wat we vandaag de dag met een kwantumcomputer kunnen doen, maar de onontdekte waarheden die het morgen zal onthullen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.