Een triljoen berekeningen per seconde. Dat is een met 18 nullen erachter. Het is de snelheid waarmee een exascale supercomputer informatie verwerkt. Het Department of Energy (DOE) bereidt zich voor op de ingebruikname van de eerste exaschaalcomputer in 2021. Kort daarna volgen er nog twee. Toch kunnen kwantumcomputers mogelijk nog sneller complexere berekeningen uitvoeren dan deze opkomende exaschaalcomputers. Maar deze technologieën vullen elkaar veel meer aan dan dat ze concurreren.

Het zal nog wel even duren voordat kwantumcomputers klaar zijn om grote wetenschappelijke onderzoeksvragen aan te pakken. Terwijl kwantumonderzoekers en wetenschappers op andere gebieden samenwerken om kwantumcomputers zo effectief mogelijk te ontwerpen zodra ze klaar zijn, dat is nog ver weg. Wetenschappers zoeken uit hoe ze qubits kunnen bouwen voor kwantumcomputers de basis van de technologie. Ze stellen de meest fundamentele kwantumalgoritmen op die ze nodig hebben om eenvoudige berekeningen uit te voeren. De hardware en algoritmen moeten ver genoeg zijn voor programmeurs om besturingssystemen en software te ontwikkelen om wetenschappelijk onderzoek te doen. Momenteel, we bevinden ons op hetzelfde punt in kwantumcomputing dat wetenschappers in de jaren vijftig waren met computers die op vacuümbuizen liepen. De meesten van ons hebben nu regelmatig computers in onze zakken, maar het duurde tientallen jaren om dit niveau van toegankelijkheid te bereiken.

In tegenstelling tot, exascale computers zullen volgend jaar klaar zijn. Wanneer ze lanceren, ze zullen al vijf keer sneller zijn dan onze snelste computer - Top, bij de Leadership Computing Facility van Oak Ridge National Laboratory, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit. Meteen, ze zullen in staat zijn om grote uitdagingen aan te gaan bij het modelleren van aardsystemen, genen analyseren, het opsporen van belemmeringen voor fusie, en meer. Met deze krachtige machines kunnen wetenschappers meer variabelen in hun vergelijkingen opnemen en de nauwkeurigheid van modellen verbeteren. Zolang we nieuwe manieren kunnen vinden om conventionele computers te verbeteren, we zullen het doen.

Zodra kwantumcomputers klaar zijn voor prime time, onderzoekers zullen nog steeds conventionele computers nodig hebben. Ze zullen elk aan verschillende behoeften voldoen.

DOE ontwerpt zijn exascale-computers om uitzonderlijk goed te zijn in het uitvoeren van wetenschappelijke simulaties, machine learning en kunstmatige-intelligentieprogramma's. Deze zullen ons helpen de volgende grote vooruitgang in onderzoek te boeken. Op onze gebruikersfaciliteiten, die steeds grotere hoeveelheden data produceren, deze computers kunnen die gegevens in realtime analyseren.

Kwantumcomputers, anderzijds, zal perfect zijn voor het modelleren van de interacties van elektronen en kernen die de bestanddelen van atomen zijn. Aangezien deze interacties de basis vormen voor scheikunde en materiaalkunde, deze computers kunnen ongelooflijk nuttig zijn. Toepassingen zijn onder meer het modelleren van fundamentele chemische reacties, supergeleiding begrijpen, en het ontwerpen van materialen vanaf het atoomniveau. Kwantumcomputers kunnen de tijd die nodig is om deze simulaties uit te voeren mogelijk verminderen van miljarden jaren tot enkele minuten. Een andere intrigerende mogelijkheid is het verbinden van kwantumcomputers met een kwantuminternetnetwerk. Dit kwantuminternet, in combinatie met het klassieke internet, een grote impact kunnen hebben op de wetenschap, nationale veiligheid, en industrie.

Net zoals dezelfde wetenschapper zowel een deeltjesversneller als een elektronenmicroscoop kan gebruiken, afhankelijk van wat ze moeten doen, conventionele en quantum computing zullen elk een andere rol spelen. Wetenschappers die door de DOE worden ondersteund, kijken ernaar uit om de tools te verfijnen die beide in de toekomst voor onderzoek zullen bieden.