Chinese onderzoekers hebben een quantumcomputer gemaakt die sneller kan rekenen dan de klassieke computer. Volgens het onderzoeksteam is dit het eerste voorbeeld waarbij de quantumcomputer daadwerkelijk berekeningen kan uitvoeren die voor de klassieke computer praktisch onhaalbaar zijn.

De belofte van de quantumcomputer is dat deze, gebaseerd op het principe van de quantummechanica, complexe vraagstukken binnen enkele seconden kan oplossen. Het gaat om vraagstukken waar de klassieke computer duizenden jaren voor zou moeten draaien om het antwoord te vinden en in de praktijk onmogelijk zijn. 

Met de quantumcomputer genaamd Jiuzhang hebben de Chinese onderzoekers binnen tweehonderd seconden een complexe berekening uitgevoerd die theoretisch gezien bijna onmogelijk is voor een klassieke computer. Het klassieke systeem zou hier vermoedelijk 2,5 miljard jaar voor moeten draaien, wil het de oplossing vinden. Naar eigen zeggen hebben ze hiermee voor het eerst de belofte van de quantumcomputer waargemaakt.

Ze publiceerden hun resultaten vorige week in het wetenschappelijke tijdschrift Science.

 

Twee vliegen in een klap

De klassieke computer rekent met bits die nul of één kunnen zijn. De bits van de quantumcomputer zijn de zogeheten qubits. Deze hebben de quantummechanische eigenschap dat ze in superpositie kunnen zijn, wat betekent dat de qubits tegelijkertijd één en nul kunnen zijn.

Een qubit bevat dus eigenlijk de informatie van twee bits. Wordt deze qubit verwerkt door de computer, dan slaat de computer twee vliegen in een klap: zowel de één als de nul worden in een stap berekend. De rekenkracht van de computer neemt daarom exponentieel toe met het aantal qubits.

Qubits zijn te maken van elementaire deeltjes die de bijzondere eigenschap van superpositie bezitten. Onderzoeksgroepen over de hele wereld richten zich op verschillende elementaire deeltjes als bouwstenen voor de qubits, zoals elektronen of ionen, om zo een werkbare quantumcomputer te realiseren (lees ook: 'Op naar de grootschalige quantumcomputer'). Een van de grote uitdagingen van de quantumcomputer is dat de qubits stabiel zijn bij temperaturen rondom het absolute nulpunt (-273 graden Celsius), bij kamertemperatuur zijn ze veelal instabiel. 

 

Licht

De Chinese onderzoekers hebben fotonen (lichtdeeltjes) gebruikt om de berekening te realiseren op een quantumcomputer die werkt op kamertemperatuur. Met Jiuzhang deden ze een complexe berekening (een boson-sampling) waarbij het aantal oplossingen exponentieel toeneemt met het aantal variabelen. Dat betekent dat de berekeningen voor een klassieke computer onmogelijk lang worden of zelfs onmogelijk, naarmate het aantal variabelen toeneemt.

Daarom was deze opdracht volgens de Chinese onderzoekers een goede manier om aan te tonen dat hun quantumcomputer daadwerkelijk problemen kan oplossen die de klassieke computer niet aan kan.

 

Mijlpaal

Het resultaat van het Chinese onderzoeksteam is zeker een mijlpaal voor de quantumcomputer. Het is echter nog discussie of het team écht als eerste de belofte heeft waargemaakt. Vorig jaar heeft Google al bekendgemaakt de eerste te zijn met zijn 53-qubit Sycamore processor, die gebaseerd is op supergeleiding en daarom op zeer lage temperaturen wordt gehouden.

Naar eigen zeggen had Google een quantumcomputer gemaakt die een complex probleem, waar de klassieke computer tienduizend jaar over zou doen, binnen tweehonderd seconden opgelost. Maar er zijn wetenschappers die claimen dat deze berekeningen op een klassieke supercomputer al binnen 2,5 dag mogelijk zijn.

 

De volgende stap

Voorlopig kunnen de klassieke computers nog niet het raam uit. Er zijn weliswaar grote stappen gezet met de quantumcomputer, maar de berekeningen die voornamelijk met deze systemen worden uitgevoerd zijn puur om de rekenkracht aan te tonen. De chips van deze computers kunnen nog niet worden gebruikt voor berekeningen die we direct kunnen toepassen. Ook zijn de quantumsystemen vaak nog niet stabiel genoeg om zomaar te gebruiken.

De volgende grote stap zou zijn het inzetten van de quantumcomputer voor belangrijke berekeningen, zoals het simuleren van het gedrag van moleculen om de werking van een medicijn vooraf te voorspellen. Wellicht is dit slechts een kwestie van tijd.

 

Beeld: depositphotos