Google heeft net een grote sprong voorwaarts gemaakt in de informatica. Met behulp van de ultramoderne quantumcomputer van het bedrijf, Sycamore genaamd, heeft Google "quantum supremacy" geclaimd ten opzichte van de krachtigste supercomputers ter wereld door een probleem op te lossen dat voor normale machines vrijwel onmogelijk wordt geacht.
De kwantumcomputer voltooide de complexe berekening in 200 seconden. Diezelfde berekening zou zelfs de krachtigste supercomputers ongeveer 10.000 jaar kosten om te voltooien, schreef het team van onderzoekers, onder leiding van John Martinis, een experimentele fysicus aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, in hun studie die woensdag (23 oktober) werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
"Het is waarschijnlijk dat de klassieke simulatietijd, die momenteel wordt geschat op 10.000 jaar, zal worden verminderd door verbeterde klassieke hardware en algoritmen," zei Brooks Foxen, een afgestudeerde studentonderzoeker in het Martinis-laboratorium, in een verklaring. "Maar aangezien we momenteel 1,5 biljoen keer sneller zijn, kunnen we deze prestatie claimen", voegde hij eraan toe, verwijzend naar de suprematie van kwantumcomputers.
Quantumcomputers maken gebruik van de gekke fysica van de kwantummechanica om problemen op te lossen die voor klassieke, op halfgeleiders gebaseerde computers uiterst moeilijk, zo niet onmogelijk zouden zijn.
De berekening die Google heeft gekozen om te overwinnen, is het kwantumequivalent van het genereren van een zeer lange lijst met willekeurige getallen en het miljoenen keer controleren van hun waarden. Het resultaat is een oplossing die niet bijzonder nuttig is buiten de wereld van de kwantummechanica, maar het heeft grote gevolgen voor de verwerkingskracht van een apparaat.
Kracht in onzekerheid
Gewone computers voeren berekeningen uit met behulp van "bits" aan informatie, die, net als aan-en-uit-schakelaars, slechts in twee toestanden kunnen voorkomen: 1 of 0. Quantumcomputers gebruiken quantumbits of "qubits", die kunnen bestaan als beide 1 en 0 tegelijk. Dit bizarre gevolg van de kwantummechanica wordt een superpositietoestand genoemd en is de sleutel tot het voordeel van de kwantumcomputer ten opzichte van klassieke computers.
Een paar bits kan bijvoorbeeld slechts één van de vier mogelijke combinaties van toestanden (00, 01, 10 of 11) op elk moment opslaan. Een paar qubits kan alle vier de combinaties tegelijk opslaan, omdat elke qubit beide waarden (0 en 1) tegelijkertijd vertegenwoordigt. Als je meer qubits toevoegt, neemt de kracht van je computer exponentieel toe. Drie qubits slaan acht combinaties op, vier qubits slaan 16 op, enzovoort. De nieuwe computer van Google met 53 qubits kan 253 waarden opslaan, of meer dan 10.000.000.000.000.000 (10 quadriljoen) combinaties. Dit aantal wordt nog indrukwekkender wanneer een andere fundamentele en even bizarre eigenschap van de kwantummechanica de show binnenkomt: verstrengelde staten.
In een fenomeen dat Albert Einstein omschrijft als 'spookachtige actie op afstand', kunnen deeltjes die op een bepaald moment met elkaar in wisselwerking zijn geraakt, verstrikt raken. Dit betekent dat het meten van de toestand van een deeltje je in staat stelt om tegelijkertijd de toestand van het andere deeltje te kennen, ongeacht de afstand tussen de deeltjes. Als de qubits van een kwantumcomputer verstrengeld zijn, kunnen ze allemaal tegelijkertijd worden gemeten.
De quantumcomputer van Google bestaat uit microscopisch kleine circuits van supergeleidend metaal die 53 qubits verstrikken in een complexe superpositietoestand. De verstrengelde qubits genereren een willekeurig getal tussen nul en 253, maar door kwantuminterferentie verschijnen sommige willekeurige getallen meer dan andere. Wanneer de computer deze willekeurige getallen miljoenen keren meet, ontstaat er een patroon uit hun ongelijke verdeling.
"Voor klassieke computers is het veel moeilijker om de uitkomst van deze bewerkingen te berekenen, omdat het vereist dat de waarschijnlijkheid in een van de 253 mogelijke toestanden wordt berekend, waar de 53 afkomstig is van het aantal qubits - de exponentiële schaling is waarom mensen zijn om te beginnen geïnteresseerd in quantum computing, 'zei Foxen.
Door gebruik te maken van de vreemde eigenschappen van kwantumverstrengeling en superpositie, produceerde het laboratorium van Martinis dit distributiepatroon met behulp van de Sycamore-chip in 200 seconden.
Op papier is het gemakkelijk aan te tonen waarom een kwantumcomputer beter zou kunnen presteren dan traditionele computers. Het demonstreren van de taak in de echte wereld is een ander verhaal. Terwijl klassieke computers miljoenen operationele bits in hun processors kunnen stapelen, hebben kwantumcomputers moeite om het aantal qubits waarmee ze kunnen werken te schalen. Verstrikte qubits raken na korte perioden ontward en zijn gevoelig voor ruis en fouten.
Hoewel deze Google-prestatie zeker een prestatie is in de wereld van quantum computing, staat het veld nog in de kinderschoenen en blijven praktische kwantumcomputers ver aan de horizon, aldus de onderzoekers.
- Foto's: grote aantallen die het universum definiëren
- 9 nummers die cooler zijn dan Pi
- 8 manieren waarop u Einsteins relativiteitstheorie in het echt kunt zien
