Het zou zomaar eens het begin kunnen zijn van een nieuw computertijdperk. Google beweert dat de quantumcomputer van het bedrijf een berekening heeft uitgevoerd die zelfs voor de beste supercomputer onmogelijk is. Met andere woorden: de langverwachte quantumsuperioriteit, het moment waarop quantumcomputers taken uitvoeren die gewone computers niet kunnen, is mogelijk een feit.
Als de bewering van Google standhoudt, is dat groot nieuws. Quantumcomputers kunnen tot grote veranderingen leiden in de manier waarop we nieuwe materialen ontwerpen, logistieke puzzels oplossen, kunstmatige intelligentie maken en codes breken. Daarom hebben bedrijven als Google, Intel en IBM met elkaar gestreden om als eerste deze mijlpaal te bereiken.
Het Google-nieuws is nog wel in nevelen gehuld. Vorige week verscheen een document met details over de doorbraak op een NASA-server, maar kort daarna was het bestand weer verwijderd. Verschillende media berichtten over de geruchten, maar Google zelf heeft er nog geen commentaar op gegeven.
Sycamore
Het document beschrijft een quantumprocessor met de naam Sycamore, die bestaat uit 54 supergeleidende quantumbits of qubits. Boven het document prijkt de naam van slechts één auteur: John Martinis van de Universiteit van Californië te Santa Barbara. Het is bekend dat hij met Google samenwerkt aan de hardware voor een quantumcomputer.
‘De dramatische versnelling ten opzichte van alle bekende klassieke algoritmes biedt een experimentele realisatie van quantumsuprematie’, staat in het artikel. Ofwel: Sycamore heeft quantumsuperioriteit bereikt.
Het lijkt erop dat Google de handen ineen heeft geslagen met NASA om de quantumcomputer testen. In 2018 hebben de twee organisaties hiertoe een overeenkomst gesloten, dus het nieuws komt niet echt onverwacht.
Volledig willekeurig
Het artikel beschrijft hoe de quantumprocessor van Google een ‘willekeurige kanssteekproef’ uitvoert. Dat wil zeggen dat de computer nagaat of een set getallen echt willekeurig is verdeeld. Voor een traditionele computer is deze klus, als er veel getallen in het spel zijn, erg moeilijk.
Sycamore pakt de taak heel anders aan dan een gewone computer. Een van zijn qubits werkte niet, maar de overige 53 waren met elkaar verstrengeld. Ze werden gebruikt om reeksen van binaire cijfers te maken en te controleren of hun verdeling echt willekeurig was. Het artikel rekent voor dat deze taak ’s werelds beste supercomputer, Summit, 10.000 jaar zou kosten. Sycamore klaarde het klusje in 3 minuten en 20 seconden.
Naast het produceren van willekeurige getallen kun je hier niet zo veel mee: het ging in dit geval echt alleen om een proof-of-concept-test. In de toekomst kan de quantumrekenmethode echter nuttig zijn op het gebied van kunstmatige intelligentie, materiaalkunde en scheikunde, schrijft Martinis in zijn artikel. Stel dat je een model wil maken van een chemische reactie of dat je wil visualiseren hoe een nieuw molecuul zich aan andere moleculen bindt. Bij zulke taken zijn quantumcomputers in staat om met een enorme hoeveelheid variabelen te werken om zo tot een nauwkeurige simulatie te komen.
Mijlpaal
‘Google’s update over quantumsuperioriteit is een opvallende mijlpaal’, reageert Jim Clarke van Intel Labs in een verklaring. Maar volgens Clarke is dit wel pas ‘de eerste kilometer van de marathon’. De demonstratie bewijst wat mogelijk is, maar de quantumprocessor van Google is nog niet foutloos. Er moeten nog betere en grotere processoren gebouwd worden voordat echt zinvolle berekeningen binnen bereik komen.
De gewone computers geven de strijd in ieder geval nog niet op. Terwijl quantumcomputers de afgelopen jaren langzaam richting superioriteit bewogen, verplaatste de klassieke computer beetje bij beetje de doelpalen. Onderzoekers lieten gewone computers steeds complexere systemen simuleren – met succes. De wedstrijd is dus nog niet gelopen.
In het artikel van Google staat: ‘We verwachten dat de simulatiekosten [van gewone computers] uiteindelijk lager zullen zijn dan nu het geval is. Maar we verwachten ook dat gewone computers consequent zullen worden overtroffen door quantumprocessoren, dankzij hardwareverbeteringen.’