In de race om de beste kwantumcomputer op aarde te bouwen

IBM denkt dat quantum suprematie niet de mijlpaal is waar we om moeten geven. Door

• Gideon Lichfield archiefpagina

26 februari 2020

Quantum kroonluchter Rigetti Computing / Justin Fantl

De meest geavanceerde computer van Google staat niet op het hoofdkantoor van het bedrijf in Mountain View, Californië, noch ergens in de koortsachtige wildgroei van Silicon Valley. Het is een paar uur rijden naar het zuiden in Santa Barbara, in een vlak, zielloos kantorenpark dat voornamelijk wordt bewoond door technologiebedrijven waar je nog nooit van hebt gehoord.

Een kantoortuin biedt plaats aan enkele tientallen bureaus. Er is een overdekte fietsenstalling en een aangewezen parkeerplaats voor surfplanken, met planken die op beugels rusten die uit de muur steken. Brede dubbele deuren leiden naar een laboratorium ter grootte van een groot klaslokaal. Daar, tussen computerrekken en wirwar van instrumenten, hangt een handvol cilindrische vaten - elk een beetje groter dan een olievat - als enorme stalen poppen aan trillingsdempende platforms.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2020

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Op een van hen is het buitenste vat verwijderd om een ​​meerlagige wirwar van stalen en koperen ingewanden bloot te leggen, bekend als de kroonluchter. Het is eigenlijk een supercharged koelkast die kouder wordt met elke laag naar beneden. Aan de onderkant, bewaard in een vacuüm een ​​haarbreedte boven het absolute nulpunt, is wat er met het blote oog uitziet als een gewone siliciumchip. Maar in plaats van transistors is het geëtst met minuscule supergeleidende circuits die zich bij deze lage temperaturen gedragen alsof het enkele atomen zijn die gehoorzamen aan de wetten van de kwantumfysica. Elk is een kwantumbit, of qubit - de basisinformatie - opslageenheid van een kwantumcomputer.

Eind oktober kondigde Google aan dat een van die chips, Sycamore genaamd, de eerste was die quantum suprematie demonstreerde door een taak uit te voeren die praktisch onmogelijk zou zijn op een klassieke machine. Met slechts 53 qubits had Sycamore in een paar minuten tijd een berekening gemaakt die volgens Google 10.000 jaar zou hebben geduurd voor 's werelds krachtigste bestaande supercomputer, Summit. Google noemde dit een grote doorbraak en vergeleek het met de lancering van Spoetnik of de eerste vlucht van de gebroeders Wright - de drempel van een nieuw tijdperk van machines waardoor de machtigste computer van vandaag eruit zou zien als een telraam.

Op een persconferentie in het lab in Santa Barbara beantwoordde het Google-team bijna drie uur lang vrolijk vragen van journalisten. Maar hun goede humeur kon een onderliggende spanning niet helemaal maskeren. Twee dagen eerder hadden onderzoekers van IBM, Google's grootste rivaal op het gebied van quantum computing, de grote onthulling getorpedeerd. Ze hadden een paper gepubliceerd waarin de Googlers er in wezen van beschuldigden dat ze hun sommen verkeerd hadden berekend. IBM ging ervan uit dat het Summit slechts enkele dagen zou hebben gekost, niet millennia, om te herhalen wat Sycamore had gedaan. Op de vraag wat hij van het resultaat van IBM vond, vermeed Hartmut Neven, het hoofd van het Google-team, nadrukkelijk een direct antwoord te geven.

Jay M Gambetta, Jerry M Chow en Matthias Steffan

Wat zit er in een qubit?

• Net zoals er in de begintijd van de informatica verschillende transistorontwerpen waren, zijn er momenteel veel manieren om qubits te maken. Google en IBM gebruiken beide een versie van de leidende methode, een supergeleidende transmon-qubit, waarvan de kerncomponent een Josephson-junctie is. Dit bestaat uit een paar supergeleidende metalen strips die van elkaar worden gescheiden door een opening van slechts een nanometer breed; de kwantumeffecten zijn het resultaat van hoe elektronen die kloof oversteken.

Je zou dit kunnen afdoen als gewoon een academische ruzie - en in zekere zin was dat ook zo. Zelfs als IBM gelijk had, had Sycamore de berekening nog steeds duizend keer sneller gedaan dan Summit zou hebben gedaan. En het zou waarschijnlijk slechts enkele maanden duren voordat Google een iets grotere kwantummachine bouwde die het punt zonder twijfel bewees.

IBM's diepere bezwaar was echter niet dat het experiment van Google minder succesvol was dan beweerd, maar dat het in de eerste plaats een zinloze test was. In tegenstelling tot de meeste van de kwantumcomputerwereld, denkt IBM niet dat kwantumsuprematie het moment van de gebroeders Wright van de technologie is; in feite gelooft het niet eens dat er zo'n moment zal zijn.

IBM jaagt in plaats daarvan een heel andere mate van succes na, iets wat het kwantumvoordeel noemt. Dit is niet alleen een verschil van woorden of zelfs van wetenschap, maar een filosofische houding met wortels in de geschiedenis, cultuur en ambities van IBM - en misschien het feit dat de inkomsten en winst al acht jaar bijna onafgebroken dalen, terwijl Google en het moederbedrijf Alphabet hun aantal alleen maar hebben zien groeien. Deze context, en deze verschillende doelen, kunnen van invloed zijn op wat, als het een van beide is, naar voren komt in de kwantumcomputerrace.

Werelden uit elkaar

De gestroomlijnde, vloeiende curve van IBM's Thomas J. Watson Research Center in de buitenwijken ten noorden van New York City, een neo-futuristisch meesterwerk van de Finse architect Eero Saarinen, is een continent en een universum weg van de onopvallende opgravingen van het Google-team. Voltooid in 1961 met de bonanza IBM gemaakt van mainframes, heeft het een museumachtige kwaliteit, een herinnering aan iedereen die erin werkt, aan de doorbraken van het bedrijf in alles, van fractale geometrie tot supergeleiders tot kunstmatige intelligentie - en kwantumcomputing.

Het hoofd van de 4000 man sterke onderzoeksafdeling is Dario Gil, een Spanjaard wiens razendsnelle spraak haast maakt om zijn bijna evangelische ijver bij te houden. Beide keren dat ik hem sprak, ratelde hij historische mijlpalen die bedoeld waren om te onderstrepen hoe lang IBM betrokken is geweest bij kwantumcomputing-gerelateerd onderzoek (zie tijdlijn rechts).

---

Een groots experiment: kwantumtheorie en praktijk

De basisbouwsteen van een kwantumcomputer is de kwantumbit of qubit. In een klassieke computer kan een bit een 0 of een 1 opslaan. Een qubit kan niet alleen 0 of 1 opslaan, maar ook een tussentoestand, een superpositie genaamd, die veel verschillende waarden kan aannemen. Een analogie is dat als informatie kleur zou zijn, een klassiek bit zowel zwart als wit zou kunnen zijn. Een qubit in superpositie kan elke kleur in het spectrum zijn en kan ook variëren in helderheid.

Het resultaat is dat een qubit een enorme hoeveelheid informatie kan opslaan en verwerken in vergelijking met een bit - en de capaciteit neemt exponentieel toe naarmate je qubits met elkaar verbindt. Het zou veel tijd kosten om alle informatie in de 53 qubits op de Sycamore-chip van Google op te slaan ongeveer 72 petabyte (72 miljard gigabyte) aan klassiek computergeheugen. Er zijn niet veel meer qubits voor nodig voordat je een klassieke computer ter grootte van de planeet nodig hebt.

Maar het is niet eenvoudig. Delicaat en gemakkelijk gestoord, qubits moeten bijna perfect worden geïsoleerd van hitte, trillingen en verdwaalde atomen - vandaar de kroonluchterkoelkasten in het kwantumlab van Google. Zelfs dan kunnen ze hoogstens een paar honderd microseconden functioneren voordat ze decoheren en hun superpositie verliezen.

En kwantumcomputers zijn niet altijd sneller dan klassieke. Ze zijn gewoon anders, sneller in sommige dingen en langzamer in andere, en vereisen verschillende soorten software. Om hun prestaties te vergelijken, moet je een klassiek programma schrijven dat de kwantumversie ongeveer simuleert.

Voor zijn experiment koos Google een benchmarking-test genaamd random quantum circuit sampling. Het genereert miljoenen willekeurige getallen, maar met lichte statistische vooroordelen die kenmerkend zijn voor het kwantumalgoritme. Als Sycamore een zakrekenmachine zou zijn, zou dit het equivalent zijn van willekeurig op knoppen drukken en controleren of het scherm de verwachte resultaten liet zien.

Google simuleerde delen hiervan op zijn eigen enorme serverfarms en op Summit, 's werelds grootste supercomputer, in het Oak Ridge National Laboratory. De onderzoekers schatten dat het voltooien van de hele klus, die Sycamore 200 seconden kostte, Summit ongeveer 10.000 jaar zou hebben gekost. Voilà: quantum suprematie.

Dus wat was het bezwaar van IBM? Kortom, dat er verschillende manieren zijn om een ​​klassieke computer een kwantummachine te laten simuleren - en dat de software die je schrijft, de manier waarop je gegevens opdeelt en opslaat, en de hardware die je gebruikt allemaal een groot verschil maken in hoe snel de simulatie kan rennen. IBM zei dat Google ervan uitging dat de simulatie in veel stukken zou moeten worden opgedeeld, maar Summit, met 280 petabytes aan opslagruimte, is groot genoeg om de volledige status van Sycamore in één keer te bevatten. (En IBM heeft Summit gebouwd, dus het zou het moeten weten.)

---

Maar in de afgelopen decennia heeft het bedrijf de reputatie opgebouwd dat het moeite heeft om zijn onderzoeksprojecten om te zetten in commerciële successen. Neem, meest recentelijk, Watson, de Gevaar! - AI spelen die IBM probeerde om te zetten in een medische robotgoeroe. Het was bedoeld om diagnoses te stellen en trends in oceanen van medische gegevens te identificeren, maar ondanks tientallen samenwerkingsverbanden met zorgverleners, zijn er weinig commerciële toepassingen geweest, en zelfs degenen die wel zijn ontstaan, hebben gemengde resultaten opgeleverd.

Het kwantumcomputerteam, zegt Gil, probeert die cyclus te doorbreken door parallel onderzoek en bedrijfsontwikkeling te doen. Bijna zodra het werkende kwantumcomputers had, begon het ze toegankelijk te maken voor buitenstaanders door ze in de cloud te plaatsen, waar ze geprogrammeerd kunnen worden door middel van een eenvoudige drag-and-drop-interface die werkt in een webbrowser. De IBM Q Experience, gelanceerd in 2016, bestaat nu uit 15 openbaar beschikbare kwantumcomputers, variërend van vijf tot 53 qubits. Zo'n 12.000 mensen per maand gebruiken ze, variërend van academische onderzoekers tot schoolkinderen. Tijd op de kleinere machines is gratis; IBM zegt dat het al meer dan 100 klanten heeft die betalen (het wil niet zeggen hoeveel) om de grotere te gebruiken.

Geen van deze apparaten - of enige andere kwantumcomputer ter wereld, behalve Google's Sycamore - heeft tot nu toe aangetoond dat het een klassieke machine kan verslaan. Voor IBM is dat nu niet het punt. Door de machines online beschikbaar te stellen, kan het bedrijf leren wat toekomstige klanten van ze nodig kunnen hebben en kunnen externe softwareontwikkelaars leren hoe ze code voor hen kunnen schrijven. Dat draagt ​​weer bij aan hun ontwikkeling, waardoor latere kwantumcomputers beter worden.

Deze cyclus is volgens het bedrijf de snelste weg naar zijn zogenaamde kwantumvoordeel, een toekomst waarin kwantumcomputers niet per se de klassieke in het stof laten, maar dat wel doen. sommige handige dingen iets sneller of efficiënter - genoeg om ze economisch de moeite waard te maken. Terwijl kwantumsuprematie een enkele mijlpaal is, is kwantumvoordeel een continuüm, zeggen de IBMers - een geleidelijk groeiende wereld van mogelijkheden.

Verwant verhaal

Verwant verhaal In de eerste aflevering van onze nieuwe podcast, Deep Tech, duiken we in het verhaal achter twee kleine woorden die de wereld zouden kunnen veranderen.

Dit is dus Gils grootse verenigde theorie van IBM: door zijn erfgoed, zijn technische expertise, de denkkracht van andere mensen en zijn toewijding aan zakelijke klanten te combineren, kan het sneller en beter dan wie dan ook bruikbare kwantumcomputers bouwen.

In deze visie ziet IBM de demonstratie van kwantumsuprematie van Google als een salontruc, zegt Scott Aaronson, een natuurkundige aan de Universiteit van Texas in Austin, die heeft bijgedragen aan de kwantumalgoritmen die Google gebruikt. In het beste geval is het een flitsende afleiding van het echte werk dat moet plaatsvinden. In het slechtste geval is het misleidend, omdat het mensen zou kunnen laten denken dat kwantumcomputers klassieke computers kunnen verslaan in alles in plaats van bij een zeer beperkte taak. 'Supremacy' is een Engels woord dat het publiek onmogelijk niet verkeerd kan interpreteren, zegt Gil.

Google ziet het natuurlijk heel anders.

Voer de parvenu in

Google was een vroegrijp acht jaar oud bedrijf toen het voor het eerst begon te sleutelen aan kwantumproblemen in 2006, maar het vormde pas in 2012 een speciaal kwantumlab - hetzelfde jaar waarin John Preskill, een natuurkundige bij Caltech, de term kwantumsuprematie bedacht. .

Het hoofd van het lab is Hartmut Neven, een Duitse computerwetenschapper met een indrukwekkende aanwezigheid en een voorliefde voor Burning Man-stijl chic; Ik zag hem een ​​keer in een harige blauwe jas en een andere keer in een volledig zilveren outfit waardoor hij eruitzag als een grungy astronaut. (Mijn vrouw koopt deze dingen voor mij, legde hij uit.) Aanvankelijk kocht Neven een machine die was gebouwd door een extern bedrijf, D-Wave, en probeerde een tijdje om er kwantumsuprematie op te krijgen, maar zonder succes. Hij zegt dat hij Larry Page, de toenmalige CEO van Google, ervan overtuigde om in 2014 te investeren in het bouwen van kwantumcomputers door hem te beloven dat Google de uitdaging van Preskill zou aangaan: we zeiden tegen hem: 'Luister, Larry, over drie jaar zullen we terugkomen en een prototype chip op je tafel die op zijn minst een probleem kan berekenen dat de mogelijkheden van klassieke machines te boven gaat.'

Bij gebrek aan IBM's kwantumexpertise huurde Google een extern team in, geleid door John Martinis, een natuurkundige aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara. Martinis en zijn groep behoorden al tot 's werelds beste kwantumcomputermakers - ze waren erin geslaagd om tot negen qubits aan elkaar te rijgen - en Nevens belofte aan Page leek een waardig doel voor hen om naar te streven.

IBM

Hoe een kwantumcomputer te programmeren

• Op het meest basale niveau is de software in klassieke computers een reeks logische poorten zoals NOT, OR en NAND die de inhoud (0 of 1) van bits veranderen. Quantumsoftware bestaat op dezelfde manier uit reeksen logische poorten die op qubits werken, maar het heeft een grotere en meer exotische reeks poorten met namen als SWAP (die de waarden van twee qubits omwisselt), Pauli-X (een kwantumversie van de NOT-poort, die de waarde van een qubit omdraait), en Hadamard (die een qubit van 0 of 1 verandert in een superpositie van 0 en 1). Er zijn nog geen kwantumequivalenten van hogere talen zoals C++ of Java, maar zowel Google als IBM hebben grafische interfaces gemaakt, zoals hierboven afgebeeld, om het programmeren met poorten gemakkelijk te maken.

De deadline van drie jaar kwam en ging toen het team van Martinis worstelde om een ​​chip te maken die zowel groot genoeg als stabiel genoeg was voor de uitdaging. In 2018 bracht Google zijn grootste processor tot nu toe uit, Bristlecone. Met 72 qubits was het ver vooruit op alles wat zijn rivalen hadden gemaakt, en Martinis voorspelde dat het datzelfde jaar de kwantumsuprematie zou bereiken. Maar een paar teamleden hadden parallel gewerkt aan een andere chiparchitectuur, Sycamore genaamd, die uiteindelijk meer kon doen met minder qubits. Daarom was het een 53-qubit-chip - oorspronkelijk 54, maar een ervan werkte niet goed - die afgelopen herfst uiteindelijk de suprematie aantoonde.

Voor praktische doeleinden is het programma dat in die demonstratie werd gebruikt vrijwel nutteloos: het genereert willekeurige getallen, waarvoor je geen kwantumcomputer nodig hebt. Maar het genereert ze op een bepaalde manier die een klassieke computer heel moeilijk zou vinden om te repliceren, waardoor het proof of concept wordt vastgesteld (zie pagina hiernaast).

Vraag IBMers wat ze van deze prestatie vinden en je krijgt gepijnigde blikken. Ik hou niet van het woord [suprematie], en ik hou niet van de implicaties, zegt Jay Gambetta, een voorzichtig gesproken Australiër die aan het hoofd staat van IBM's kwantumteam. Het probleem, zegt hij, is dat het vrijwel onmogelijk is om te voorspellen of een bepaalde kwantumberekening moeilijk zal zijn voor een klassieke machine, dus als je het in één geval laat zien, kun je andere gevallen niet vinden.

Aan iedereen die ik buiten IBM sprak, deze weigering om kwantumsuprematie te behandelen als een significante grens aan eigenzinnigheid. Iedereen die ooit een commercieel relevant aanbod zal hebben, moet eerst suprematie tonen. Ik denk dat dat gewoon basislogica is, zegt Neven. Zelfs Will Oliver, een zachtaardige MIT-natuurkundige die een van de meest onpartijdige waarnemers van het gevecht is geweest, zegt: Het is een zeer belangrijke mijlpaal om te laten zien dat een kwantumcomputer beter presteert dan een klassieke computer bij een bepaalde taak, wat het ook is.

De kwantumsprong

Of je het nu eens bent met het standpunt van Google of dat van IBM, het volgende doel is duidelijk, zegt Oliver: een kwantumcomputer bouwen die iets nuttigs kan doen. De hoop is dat dergelijke machines op een dag problemen kunnen oplossen die nu onhaalbare hoeveelheden brute-force rekenkracht vereisen, zoals het modelleren van complexe moleculen om nieuwe medicijnen en materialen te ontdekken, of het in realtime optimaliseren van stadsverkeersstromen om congestie te verminderen, of langer -termijn weersvoorspellingen. (Uiteindelijk zijn ze misschien in staat om de cryptografische codes te kraken die tegenwoordig worden gebruikt om communicatie en financiële transacties te beveiligen, hoewel tegen die tijd het grootste deel van de wereld waarschijnlijk kwantumresistente cryptografie zal hebben aangenomen.) Het probleem is dat het bijna onmogelijk is om te voorspellen wat de eerste bruikbare taak zal zijn, of hoe groot een computer nodig zal zijn om deze uit te voeren.

Die onzekerheid heeft zowel met hardware als met software te maken. Wat de hardware betreft, schat Google dat de huidige chipontwerpen het ergens tussen de 100 en 1.000 qubits kunnen halen. Maar net zoals de prestaties van een auto niet alleen afhangen van de grootte van de motor, worden de prestaties van een kwantumcomputer niet alleen bepaald door het aantal qubits. Er is een hele reeks andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden, waaronder hoe lang ze kunnen worden bewaard van decohering, hoe foutgevoelig ze zijn, hoe snel ze werken en hoe ze met elkaar verbonden zijn. Dit betekent dat elke huidige kwantumcomputer slechts een fractie van zijn volledige potentieel bereikt.

decoherentie

• Qubits slaan informatie op zoals een zeef water opslaat; zelfs de meest stabiele decoheren, of vallen uit hun fragiele kwantumtoestanden, binnen een paar honderd microseconden. Zelfs daarvoor beginnen de fouten zich op te stapelen. Dat betekent dat een kwantumcomputer maar zoveel sommen kan maken voordat hij tot stilstand komt. De grotere chips van Google decoheren na 30 tot 40 microseconden, genoeg tijd om een ​​reeks van maximaal 40 kwantumlogische poorten te doorlopen. IBM's kunnen oplopen tot 500 microseconden, maar ze verwerken poorten ook langzamer.

Software voor kwantumcomputers staat ondertussen net zo goed in de kinderschoenen als de machines zelf. In klassieke informatica zijn programmeertalen nu verschillende niveaus verwijderd van de onbewerkte machinecode die vroege softwareontwikkelaars moesten gebruiken, omdat de kern van hoe gegevens worden opgeslagen, verwerkt en rondgeleid, al is gestandaardiseerd. Als je een klassieke computer programmeert, hoef je niet te weten hoe een transistor werkt, zegt Dave Bacon, die de software-inspanningen van het Google-team leidt. Quantumcode daarentegen moet sterk zijn afgestemd op de qubits waarop het zal draaien, om het maximale uit hun temperamentvolle prestaties te halen. Dat betekent dat de code voor de chips van IBM niet op die van andere bedrijven zal draaien, en zelfs technieken voor het optimaliseren van Google's 53-qubit Sycamore zullen het niet per se goed doen op zijn toekomstige 100-qubit-broertje. Belangrijker is dat niemand kan voorspellen hoe moeilijk een probleem met die 100 qubits zal zijn.

Het meeste waar iemand op durft te hopen, is dat computers met een paar honderd qubits de komende jaren zullen worden overgehaald om een ​​redelijk complexe chemie te simuleren - misschien zelfs genoeg om de zoektocht naar een nieuw medicijn of een efficiëntere batterij te bevorderen. Maar decoherentie en fouten zullen al deze machines tot stilstand brengen voordat ze iets heel moeilijks kunnen doen, zoals het breken van cryptografie.

Om een ​​kwantumcomputer te bouwen met de kracht van 1000 qubits, heb je een miljoen echte nodig.

Dat vereist een fouttolerante kwantumcomputer, een die fouten kan compenseren en zichzelf voor onbepaalde tijd kan laten draaien, net als klassieke. De verwachte oplossing zal zijn om redundantie te creëren: honderden qubits als één laten fungeren, in een gedeelde kwantumtoestand. Gezamenlijk kunnen ze de fouten van individuele qubits corrigeren. En als elke qubit bezwijkt voor decoherentie, zullen zijn buren hem weer tot leven brengen, in een nooit eindigende cyclus van wederzijdse reanimatie.

De typische voorspelling is dat er maar liefst 1.000 samengevoegde qubits nodig zouden zijn om die stabiliteit te bereiken. Google schat voorzichtig dat het binnen 10 jaar een processor van een miljoen qubits kan bouwen, zegt Neven, hoewel er enkele grote technische hindernissen moeten worden genomen, waaronder een waarin IBM mogelijk nog een voorsprong heeft op Google (zie pagina hiernaast).

Tegen die tijd kan er veel veranderd zijn. De supergeleidende qubits die Google en IBM momenteel gebruiken, kunnen de vacuümbuizen van hun tijd blijken te zijn, vervangen door iets dat veel stabieler en betrouwbaarder is. Onderzoekers over de hele wereld experimenteren met verschillende methoden om qubits te maken, hoewel er maar weinig geavanceerd genoeg zijn om werkende computers mee te bouwen. Rivaliserende startups zoals Rigetti, IonQ of Quantum Circuits kunnen een voorsprong ontwikkelen in een bepaalde techniek en de grotere bedrijven overslaan.

---

Een verhaal van twee transmonen

De transmon-qubits van Google en IBM zijn bijna identiek, met één klein maar potentieel cruciaal verschil.

In zowel de kwantumcomputers van Google als IBM worden de qubits zelf aangestuurd door microgolfpulsen. Kleine fabricagefouten betekenen dat geen twee qubits reageren op pulsen van exact dezelfde frequentie. Hier zijn twee oplossingen voor: varieer de frequentie van de pulsen om de goede plek van elke qubit te vinden, zoals het schudden van een slecht gesneden sleutel in een slot totdat deze opengaat; of gebruik magnetische velden om elke qubit op de juiste frequentie af te stemmen.

IBM gebruikt de eerste methode; Google gebruikt de tweede. Elke benadering heeft plussen en minnen. De afstembare qubits van Google werken sneller en nauwkeuriger, maar ze zijn minder stabiel en vereisen meer circuits. IBM's qubits met vaste frequentie zijn stabieler en eenvoudiger, maar werken langzamer.

Vanuit technisch oogpunt is het nogal een gooi, althans in dit stadium. In termen van bedrijfsfilosofie is het echter het verschil tussen Google en IBM in een notendop, of beter gezegd in een qubit.

Google koos ervoor om wendbaar te zijn. Over het algemeen gaat onze filosofie iets meer naar een grotere beheersbaarheid ten koste van de cijfers waar mensen doorgaans naar op zoek zijn, zegt Hartmut Neven.

IBM koos daarentegen voor betrouwbaarheid. Er is een enorm verschil tussen het doen van een laboratoriumexperiment en het publiceren van een paper, en het opzetten van een systeem met een betrouwbaarheid van zo'n 98% waar je het de hele tijd mee kunt laten draaien, zegt Dario Gil.

IBM

Op dit moment heeft Google een voorsprong. Naarmate machines groter worden, kan het voordeel echter naar IBM gaan. Elke qubit wordt bestuurd door zijn eigen individuele draden; een afstembare qubit vereist één extra draad. Het uitzoeken van de bedrading voor duizenden of miljoenen qubits zal een van de moeilijkste technische uitdagingen zijn waarmee de twee bedrijven worden geconfronteerd; IBM zegt dat het een van de redenen is waarom ze voor de qubit met vaste frequentie zijn gegaan. Martinis, het hoofd van het Google-team, zegt dat hij de afgelopen drie jaar persoonlijk heeft geprobeerd bedradingsoplossingen te vinden. Het is zo'n belangrijk probleem dat ik eraan heb gewerkt, grapt hij.

---

Een nieuwe wet Mooreu2019s?

• In plaats van qubits te tellen, houdt IBM bij wat het kwantumvolume noemt, een maatstaf voor hoeveel complexiteit een computer daadwerkelijk aankan. Het doel is om deze maatregel elk jaar te verdubbelen - een kwantumversie van de beroemde wet van Moore die IBM de wet van Gambetta heeft genoemd, naar Jay Gambetta, de belangrijkste kwantumtheoreticus. Tot nu toe wordt het drie jaar vastgehouden. Dat zijn evenveel gegevens als Gordon Moore had toen hij in 1965 de wet van Moore postuleerde.

Maar gezien hun omvang en rijkdom hebben zowel Google als IBM een kans om serieuze spelers te worden in de kwantumcomputerbusiness. Bedrijven zullen hun machines huren om problemen aan te pakken zoals ze momenteel cloudgebaseerde gegevensopslag en verwerkingskracht huren bij Amazon, Google, IBM of Microsoft. En wat begon als een strijd tussen natuurkundigen en computerwetenschappers, zal uitgroeien tot een wedstrijd tussen business services-divisies en marketingafdelingen.

Welk bedrijf is het best geplaatst om die wedstrijd te winnen? IBM, met zijn dalende inkomsten, heeft misschien een groter gevoel van urgentie dan Google. Het kent uit bittere ervaring de kosten van traagheid om een ​​markt te betreden: afgelopen zomer, tijdens zijn duurste aankoop ooit, heeft het meer dan $ 34 miljard opgebracht voor Red Hat, een open-source cloudserviceprovider, in een poging om Amazon in te halen en Microsoft op dat gebied en zijn financiële fortuin terugdraaien. De strategie om zijn kwantummachines in de cloud te plaatsen en vanaf het begin een betalend bedrijf op te bouwen, lijkt ontworpen om het een voorsprong te geven.

Google begon onlangs het voorbeeld van IBM te volgen en zijn commerciële klanten zijn nu het Amerikaanse ministerie van Energie, Volkswagen en Daimler. De reden waarom het dit niet eerder deed, zegt Martinis, is simpel: we hadden niet de middelen om het in de cloud te zetten. Maar dat is een andere manier om te zeggen dat het de luxe had om geen prioriteit te geven aan bedrijfsontwikkeling.

Of die beslissing IBM een voorsprong geeft, is te vroeg om te zeggen, maar waarschijnlijk belangrijker zal zijn hoe de twee bedrijven hun andere sterke punten de komende jaren op het probleem toepassen. IBM, zegt Gil, zal profiteren van zijn volledige expertise in alles, van materiaalwetenschap en chipfabricage tot het bedienen van grote zakelijke klanten. Google daarentegen kan bogen op een innovatiecultuur in Silicon Valley-stijl en veel oefening in het snel opschalen van activiteiten.

Wat kwantumsuprematie zelf betreft, het zal een belangrijk moment in de geschiedenis zijn, maar dat betekent niet dat het een beslissend moment zal zijn. Iedereen kent tenslotte de eerste vlucht van de gebroeders Wright, maar kan iemand zich herinneren wat ze daarna deden?

zich verstoppen