Nieuwe wendingen in de weg naar Quantum Supremacy

IBM

Na decennia van hype en krantenkoppen zijn kwantumcomputers eindelijk klaar om hun superioriteit ten opzichte van conventionele machines te demonstreren.

Wanneer dit precies zal gebeuren, is echter een beetje vaag. Bovendien zal het nog een tijdje duren voordat deze magische machines een merkbare impact zullen hebben op ons leven.

Het punt waarop een kwantummachine in staat zou moeten zijn om berekeningen uit te voeren die te complex zijn om op een conventionele machine te modelleren, een mijlpaal die bekend staat als kwantumsuprematie, wordt verondersteld ongeveer 49 qubits te zijn, het kwantumequivalent van de bits die vertegenwoordigen een of 0 op een conventionele computer.

De onderzoekers van Google lijken voorop te lopen in de race om een ​​machine met 49 qubits (zie Google's nieuwe chip is een opstap naar Quantum Computing Supremacy). Eerder deze week echter, onderzoekers van IBM's kwantumonderzoekslab in Yorktown Heights, New York, gedemonstreerd dat het mogelijk is om het gedrag van een kwantumcomputer voorbij het 49-qubit-oriëntatiepunt te modelleren door gebruik te maken van verschillende slimme wiskundige technieken. IBM staat programmeurs ook toe om met zijn kwantumcomputers te experimenteren via een cloudplatform genaamd IBM Q .

Twee IBM quantum computing-wetenschappers, Hanhee Paik (links) en Sarah Sheldon, onderzoeken een van de machines van het bedrijf. IBM

We denken niet dat er een enkele mijlpaal of maatstaf zal zijn om de capaciteit van een kwantumcomputer te meten, zegt Bob Wisnieff , een onderzoeker bij IBM die betrokken is bij het nieuwe simulatiewerk. We kijken actief naar methoden die aantonen dat kwantummachines een voordeel hebben ten opzichte van klassieke systemen.

Een kwantumcomputer heeft aanzienlijk meer dan 49 qubits nodig om bruikbaar te zijn. De beste maatregel zal zijn om echte problemen aan te pakken, en het blijft onduidelijk wanneer dat mogelijk zal worden, hoewel het momentum groeit.

Om te overtreffen wat conventionele computers kunnen bereiken door informatie in de vorm van conventionele bits te verwerken, maken kwantumcomputers gebruik van de contra-intuïtieve, probabilistische aard van de natuurkunde op atomaire en subatomaire schaal. Door gebruik te maken van superpositie en verstrengeling - concepten die Einstein verbijsterden en irriteerden - kunnen deze machines op een fundamenteel andere manier rekenen en enorm complexe berekeningen uitvoeren met snelheden die anders ondenkbaar zouden zijn (zie 10 Breakthrough Technologies 2017: Practical Quantum Computers).

Ondanks het heen en weer gaan over de meting van de capaciteit van een kwantumcomputer, is de consensus onder experts dat het bereiken van 49 qubits nog steeds een belangrijke stap zou zijn. Elk systeem met veel qubits is de moeite waard, want om 1.000 of 1.000.000 qubits te krijgen, moeten we eerst met 100 omgaan, zegt Christopher Monroe , een professor aan de Universiteit van Maryland die kwantuminformatietheorie bestudeert. Het simuleren van kwantumcomponenten speelt een belangrijke rol bij het stimuleren van vooruitgang naar complexere systemen, omdat het niet altijd praktisch is om het gedrag van een ontwerp te testen met echte hardware.

Zowel Google als IBM ontwikkelen hun machines met behulp van supergeleidende circuits die worden gekoeld tot extreme temperaturen. IBM heeft een machine van 16 qubit aangekondigd en er wordt algemeen aangenomen dat Google een machine van 22 qubit heeft, hoewel het bedrijf dit nog niet officieel heeft bevestigd.

IBM's 16-qubit-chip.

Terwijl ze racen om de eerste praktische kwantumcomputers te bouwen, spannen de betrokkenen zich ook in om de softwaretools te ontwikkelen die deze machines nuttig zullen maken. Naast het cloudplatform van IBM, hebben deze week Google en een in Californië gevestigde startup genaamd Rigetti Computing bekend gemaakt software om chemische simulaties om te zetten in een vorm die een kwantumcomputer aankan. Deze nieuwe software, genaamd OpenFermion , is gratis beschikbaar en ontworpen om te werken met andere kwantumcomputers, waaronder die van IBM.

Chemie en materiaalwetenschap zijn het eerste doelwit voor kwantumcomputing omdat de technologie een manier zou kunnen bieden om de interacties van atomen op volledig nieuwe niveaus van complexiteit te modelleren (zie Chemici zijn de eerste in de rij om te profiteren van Quantum Computing).

Verwant verhaal

Verwant verhaal

Monroe zegt dat inspanningen zoals IBM Q en OpenFermion cruciaal zullen blijken bij het ontsluiten van potentiële toepassingen van de technologie naarmate het opschaalt.

Ik geloof dat we in de komende vijf tot tien jaar meer dan 100 qubit-machines zullen hebben die voor iedereen beschikbaar zullen zijn, en dit zal het moment zijn waarop nuttige toepassingen zullen worden gevonden, zegt Monroe. Ik vermoed dat bruikbare kwantumtoepassingen pas zullen worden gevonden als we kwantummachines bouwen die kunnen worden gebruikt door mensen die weten van moeilijke problemen in logistiek, economische markten, patroonherkenning en modellering van materialen.

De belangstelling groeit of kwantumcomputers ook nuttig kunnen zijn voor machine learning, hoewel Andrew Childs , een andere professor aan de Universiteit van Maryland, zegt dat dit een open uitdaging blijft. Er is inderdaad veel geroezemoes over kwantummachine learning, zegt hij. Ik denk dat dit gebied erg interessant is, maar de belofte is verre van duidelijk.

Scott Aaronson , een professor aan de Universiteit van Texas in Austin en het hoofd van het Quantum Information Center, zei in een: recente blogpost dat IBM's paper over quantum suprematie niets afdoet aan het belang van Google's doel van quantum suprematie.

Spreken via e-mail naar MIT Technology Review , waarschuwde Aaronson ook dat de mijlpaal ongetwijfeld een aanzienlijke hype zal aantrekken. Natuurlijk is er een risico dat quantum suprematie-dingen worden overhyped en verkeerd begrepen, schreef hij. Wat is er op dit gebied niet geweest?

zich verstoppen