Buiten verwarmt de zwoele septemberzon een idyllische kust, terwijl Californië zich koestert in alweer een perfecte dag.

Binnen is het op sommige plekken min 460 Fahrenheit (-273 Celsius), koude buien die bruisen van de onmogelijke fysica van de kwantummechanica - een wetenschap waarin dingen tegelijkertijd kunnen bestaan, niet kunnen bestaan ​​en ook iets daar tussenin kunnen zijn.

Dit is het Quantum AI-laboratorium van Google, waar tientallen superslimme mensen werken in een kantoor dat is uitgerust met klimmuren en elektrische fietsen om de volgende generatie computers vorm te geven - een generatie die anders zal zijn dan alles wat gebruikers momenteel in hun broekzak of kantoor hebben.

"Het is een nieuw type computer dat kwantummechanica gebruikt om berekeningen uit te voeren en ons in staat stelt om problemen op te lossen die anders onmogelijk zouden zijn", legt Erik Lucero uit, hoofdingenieur op de campus bij Santa Barbara.

"Het gaat je mobiele telefoon of je desktop niet vervangen; het gaat parallel met die dingen werken."

Kwantummechanica is een onderzoeksgebied waarvan wetenschappers zeggen dat het ooit zou kunnen worden gebruikt om de opwarming van de aarde te beperken, stadsverkeerssystemen te ontwerpen of krachtige nieuwe medicijnen te ontwikkelen.

De beloften zijn zo groot dat regeringen, techreuzen en start-ups over de hele wereld er miljarden dollars in investeren, met behulp van enkele van de grootste breinen die er zijn.

De kat van Schrödinger

Ouderwets computergebruik is gebaseerd op het idee van binaire zekerheid:tienduizenden "bits" gegevens die elk zeker "aan" of "uit" zijn, weergegeven door een één of een nul.

Quantum computing maakt gebruik van onzekerheid:zijn "qubits" kunnen zowel in een toestand van eenheid als nulheid bestaan ​​in wat een superpositie wordt genoemd.

De meest bekende illustratie van een kwantumsuperpositie is de kat van Schrödinger - een hypothetisch dier opgesloten in een doos met een fles gif die al dan niet kan versplinteren.

Terwijl de doos gesloten is, is de kat tegelijkertijd levend en dood. Maar zodra je de kwantumtoestand verstoort en de doos opent, is de kwestie van leven of dood van de kat opgelost.

Kwantumcomputers gebruiken deze onzekerheid om veel schijnbaar tegenstrijdige berekeningen tegelijkertijd uit te voeren - een beetje alsof je alle mogelijke routes in een doolhof in één keer kunt aflopen, in plaats van ze allemaal in serie te proberen totdat je het juiste pad hebt gevonden.

De moeilijkheid voor ontwerpers van kwantumcomputers is om deze qubits lang genoeg hun superpositie te laten behouden om een ​​berekening te maken.

Zodra iets hen hindert - lawaai, modder, de verkeerde temperatuur - stort de superpositie in en krijg je een willekeurig en waarschijnlijk onzinnig antwoord.

De kwantumcomputer die Google aan journalisten liet zien, lijkt op een steampunk-bruidstaart die ondersteboven aan een draagconstructie hangt.

Elke laag metaal en gebogen draden wordt geleidelijk kouder, tot aan de laatste fase, waar de processor ter grootte van een handpalm wordt afgekoeld tot slechts 10 millikelvin, of ongeveer -460 Fahrenheit (-273 Celsius).

Die temperatuur - slechts een tintje boven het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur in het heelal - is van vitaal belang voor de supergeleiding waarop het ontwerp van Google vertrouwt.

Hoewel de computer met lagencake niet enorm groot is - ongeveer een halve persoon hoog - wordt een behoorlijke hoeveelheid laboratoriumruimte ingenomen met de apparatuur om hem te koelen - pijpen suizen boven het hoofd met heliumverdunningen die comprimeren en uitzetten, met hetzelfde proces dat uw koelkast in stand houdt koud.

Toekomst

Maar... wat doet het eigenlijk allemaal?

Nou, zegt Daniel Lidar, een expert in kwantumsystemen aan de Universiteit van Zuid-Californië, het is een veld dat veel belooft als het volwassen wordt, maar dat nog een peuter is.

"We hebben geleerd hoe we moeten kruipen, maar we hebben zeker nog niet geleerd hoe we moeten lopen, springen of rennen", vertelde hij aan AFP.

De sleutel tot zijn groei zal het oplossen van het probleem van de superpositionele ineenstortingen zijn - het openen van de kattenbak - om zinvolle berekeningen mogelijk te maken.

Naarmate dit proces van foutcorrectie verbetert, kunnen problemen zoals de optimalisatie van het stadsverkeer, wat ontzettend moeilijk is op een klassieke computer vanwege het aantal onafhankelijke variabelen - de auto's zelf - binnen handbereik komen, zei Lidar.

"Op (een foutgecorrigeerde) kwantumcomputer zou je dat probleem kunnen oplossen", zei hij.

Voor Lucero en zijn collega's zijn deze toekomstige mogelijkheden de hersenpijn waard.

"Kwantummechanica is een van de beste theorieën die we vandaag hebben om de natuur te ervaren. Dit is een computer die de taal van de natuur spreekt.

"En als we eropuit willen gaan om deze echt uitdagende problemen op te lossen, om onze planeet te helpen redden, en dingen zoals klimaatverandering, dan een computer te hebben die precies dat kan, zou ik dat willen." + Verder verkennen

Quantumcomputer werkt met meer dan nul en één

© 2022 AFP