Innovatie & Strategie

Software-ontwikkeling
hardware

Wetenschap blij met 'nep-kwantumcomputer'

40-qubit simulator nu gewoon commercieel beschikbaar bij Atos

Atos' QLM © Atos
5 juli 2017

40-qubit simulator nu gewoon commercieel beschikbaar bij Atos

Atos komt met een commerciële versie van een krachtige supercomputer die hardwarematig is toegespitst op het nabootsen van kwantumcomputers. Het Franse IT-bedrijf wil onderzoekers en bedrijven daarmee in staat stellen om, vooruitlopend op de beschikbaarheid van echte kwantumhardware van serieuze omvang, nu alvast werk te maken van kwantumsoftware.

De dedicated super van Atos biedt wetenschappelijke onderzoekers en ontwikkelaars van kwantumsoftware een 'klassiek' platform dat zich wat interne logica betreft (niet qua snelheid) gedraagt als een echte kwantumcomputer.

De zogeheten Atos Quantum Learning Machine (Atos QLM) simuleert z'n qubits (zie kader) 'in memory' en is daardoor behoorlijk snel, ook zal het niet vergelijkbaar zijn met wat een heuse kwantumcomputer presteert. Volgens opgave van Atos is het stysteem in staat tot zo'n 40 qubits na te bootsen. Dat is ruim twee maal zo veel als wat de schaarse echte kwantumcomputers op dit moment in huis hebben.

Veel belangrijker is echter dat deze krachtige kwantumsimulator nu gewoon commercieel beschikbaar is en ook aanmerkelijk eenvoudiger dan een echte kwantumcomputers aan de praat is te houden. Dat is enorm waardevol voor de onderzoekers die zich buigen over de vraag wat er qua toepassingen zoal te verzinnen en te realiseren zal zijn als kwantumcomputers eenmaal echt op praktijkcondities beschikbaar komen.

Weinig staat vast

Tot nu toe staren de meeste mensen zich nog blind op de fenomenale snelheid waarmee kwantumcomputers algoritmes massaal parallel kunnen doorlopen. Lastig kantje daarbij is echter dat we de logische systematiek van kwantumcomputers nog maar heel matig begrijpen. Klassiek heel weerbarstige problemen zijn op een kwantumcomputer soms heel elegant op te lossen. Bijvoorbeeld het kraken van RSA-sleutel. Maar voor veel alledaagse computertaken lijkt quantum computing weinig of niets extra's op te leveren. Op dit moment zijn er nog maar weinig rekenklussen waarvan vaststaat dat ze met een kwantumcomputer efficiënter zijn op te pakken dan met een klassieke computer. In die zin is de kwantumcomputer een gereedschap waarvoor de belangrijkste klussen nog moeten bedacht worden, en dat is dan ook de uitdaging waar Atos op lijkt te mikken. Onderzoekers en bedrijven die de toepassingsmogelijkheden van de kwantumcomputer willen verkennen kunnen met Atos' Quantum Learning Machine naar hartenlust experimenteren, zonder bij kwantumhardware ontwikkelaars te hoeven soebatten om rekentijd.

Kwantumprogrammeertaal

Om de eerste 'Qusoftware' engineers verder nog behulpzaam te zijn ontwikkelde Atos naast de hardware ook een basale kwantumprogrammeeertaal: aQasm (Atos Quantum Assembly Language). De crux daarbij is dat aQasm de mogelijkheid biedt van het programmeren en combineren van quantum expressies (de kwantum-tegenhangers van Booleaanse expressies als 'IF THEN, ELSE'). Atos claimt met deze taal een standaard neer te zetten voor zowel kwantumsimulatie als wel voor de programmering van werkelijke kwantumcomputers en een basis te leggen voor een niet al te hobbelige transitie van klassieke computing naar quantum computing.

In Nederland is QuSoft een van de belangrijke onderzoek- en expertisecentra op het gebied van software voor kwantumcomputers. Professor Harry Buhrman, die aan het hoofd staat van QuSoft, is lovend over het initiatief van Atos: "Ik vind het heel goed dat Atos zich inzet om de eerste kwantumtechnologie te benutten. We hebben de inzet van grote bedrijven, zoals Atos, nodig om quantum computing verder te brengen. Een simulator, zoals Atos vandaag aankondigde is belangrijk bij het testen van de eerste grotere kwantum systemen die beschikbaar komen. Ook geeft dit een duidelijk signaal af aan de rest van de industrie dat quantum computing belangrijk kan worden en dat industriële samenwerking noodzakelijk is. "

Testen en debuggen

De kwantumsimulator van Atos kan in z'n grootste configuratie een 40 qubits systeem emuleren. In het denken over quantum computing geldt die omvang wel zo'n beetje als de ondergrens voor commercieel levensvatbare toepassingen. Waarbij dan veelal de aanname is dat, als dit punt eenmaal is bereikt, ook de opschaling naar 100 qubits niet lang meer op zich zal laten wachten. Maar dat allemaal wel onder de aanname dat we ook praktisch zinvolle klussen hebben voor dergelijke rekenmonsters. Op dit moment kent de kwantum-IT nog maar een beperkt aantal successen, zoals instantane communicatie (met vertrengelde qubits), het algoritme van Shor (voor het factoriseren van grote getallen), Grover (databases doorzoeken, efficiënt vergelijken van agenda’s) en het BB84-protocol (een door Bennet en Brassard ontwikkelde werkwijze om een cryptografische sleutel te maken die veilig over een onbeveiligde lijn kan worden doorgegeven).

Naast het ontdekken van andere zinvolle uitdagingen voor de kwantumcomputer is er ook nog het probleem van de validatie: als het problemen zijn die alleen met een kwantumcomputer zijn op te lossen, hoe toets je dan of de oplossing klopt? Met factorisatie en agenda's vergelijken is dat natuurlijk eenvoudig, maar het valt te hopen dat de kwantumcomputer straks ook real life problemen gaat oplossen die niet zijn behept met de toevallige eigenschap van asymmetrische complexiteit. Ook in dit domein van testen en debuggen kunnen kwantumsimulatoren als de Atos QLM mogelijk goede diensten bewijzen.

 

HOE WERKT QUANTUM COMPUTING NU EIGENLIJK?

Quantum computing is gebaseerd op het slim uitbuiten van ongerijmde mechanismen die bepalend zijn voor gebeurtenissen op subatomaire schaal. Zo wordt onder meer gebruik gemaakt van het fenomeen dat kwantumdeeltjes zich in twee ogenschijnlijk onverenigbare toestanden tegelijk kunnen bevinden. Een zeer klein deeltje (een molecuul of kleiner nog) is dan in een zogenoemde superpositie van toestanden. Veelal gaat het om de 'spin' van zo'n deeltje, dat dan op éénzelfde moment in twee tegengestelde richtingen kan tollen. De 'keuze' voor één van de twee mogelijkheden wordt pas gemaakt als de draairichting - in meer dan één betekenis van het woord - wordt 'vastgesteld'.

scattering experiment

Bij quantum computing wordt van dat 'uitstel van bepaaldheid' gebruik gemaakt door in superpositie verkerende deeltjes in te zetten als geheugenelementen - zogeheten qubits - die gedurende de berekening gelijktijdig een 1 én een 0 representeren. Dit in tegenstelling tot conventionele bits, die slechts een 1 óf een 0 voorstellen.

Dat maakt een unieke en ongekend efficiënte vorm van 'parallel' rekenwerk mogelijk. Terwijl een klassieke computer voor de meeste problemen alle denkbare oplossingen afzonderlijk moet doorrekenen (loops doorlopen), kan één kwantumcircuit met qubits alle mogelijkheden tegelijk doorlopen. Daar bovenop komt nog het voordeel van de bijzondere schaalbaarheid van kwantumrekenvermogen: terwijl een verdubbeling van het rekenvermogen in klassieke computers een verdubbeling van het aantal circuits vergt heeft een kwantumcomputer slechts één extra qubit nodig om per cyclus tweemaal zoveel werk te verzetten.

De uitdaging voor de kwantumprogrammeur is om, gebruik makend van wisselwerking tussen qubits, er voor zorgen dat gewenste mogelijkheden elkaar versterken en de niet-gewenste elkaar uitdoven. Om dat voor elkaar te krijgen is software nodig die overweg kan met de ongerijmdheden van de kwantumwereld. Waarin iets tegelijkertijd wel en niet kan zijn en waarop universeel geachte programmeerconcepten als 'IF THEN, ELSE' of andere Booleaanse expressies derhalve geen grip op bieden.

 

Lees meer over Innovatie & Strategie OP AG Intelligence
3
Reacties
Anoniem 05 juli 2017 15:44

Bij een Kwantumcomputer moet ik toch ook meteen denken aan een goedkope aanbieding van een interieurwinkel

Anoniem 05 juli 2017 10:49

Ja, ik snap dat het er zo een beetje rommelig uitziet, maar het is wel correct. In het Nederlands is het ‘kwantum’, in het Engels ‘quantum’. 'Computer' is inmiddels Nederlands, maar 'computing' nog niet. Daarom wordt het kwantumcomputer en ‘quantum computing’. Helaas.

Anoniem 05 juli 2017 10:46

Nog zo'n issue waar 'de wetenschap' kennelijk nog niet uit is: de spelling. 'Quantum' of 'kwantum' ?

Reactie toevoegen
De inhoud van dit veld is privé en zal niet openbaar worden gemaakt.