Het wachten is nu op nuttige kwantumberekeningen

"Het werk van Google is heel indrukwekkend", zegt Menno Veldhorst, onderzoeksleider bij het QuTech, het onderzoekscentrum voor kwantumcomputing van de TU Delft en TNO. De exponentiële opschaling van de snelheid waarmee sommige problemen kunnen worden opgelost, kon lange tijd alleen op papier kon worden beschreven. Die is nu in de praktijk bewezen.

Maar het is niet meer dan een bewijs dat het mogelijk is. "Vergelijk het met de eerste succesvolle  vlucht van de Wright brothers van 30 seconden. Nog niet nuttig voor luchtvaart, maar wel een mijlpaal met toekomstige luchtvaartindustrie een stuk dichterbij", zegt Harry Buhrman. Hij is onderzoeker bij het Centrum Wiskunde & Informatica, distinguished research professor, University of Amsterdam en executive director van QuSoft, het onderzoekscentrum voor kwantumsoftware. "De volgende stap die nu gedaan moet worden, is het doen van een “nuttige berekening” die veel sneller op een quantum computer gedaan kan worden dan op een conventionele."

Werk aan kwantumsoftware

Het geeft het hele veld een enorme boost, zegt hij. Het maakt het werkveld van QuSoft waar juist gekeken wordt naar toepassingen die bij uitstek op een kwantumcomputer kunnen worden uitgevoerd, steeds relevanter.

De prestatie die Google heeft geleverd, draait vooral om het bouwen van een opstelling van 53 werkende qubits (kwantumbits). Deze zijn echter niet perfect en hebben last van veel ruis. Buhrman: "Dat legt nogal wat beperkingen op wat je ermee kunt doen. De machine van Google geeft waardevolle informatie over hoe die ruis zich precies gedraagt met zoveel qubits."

Ruis blijft groot probleem

Google heeft gebruikt gemaakt van 'quantum circuits' om de werking van deze 53 qubits-computer aan te tonen. "Quantum circuits zijn een manier om quantum algoritmen op te schrijven (zeg maar de assembly language van de quantum computer). Het is dus een quantum programmeertaal", legt Buhrman uit. "Google heeft quantum hardware gebouwd en daarop “random” circuits gedraaid. Zeg maar een random quantum programma."
In principe is het mogelijk om ieder kwantum-algoritme op 53 qubits van hun opstelling te laten lopen. Probleem is wel dat er fouten optreden en na ongeveer 20 stappen is de berekening niet meer interessant omdat er dan teveel ruis op zit. De ruis accumuleert en wordt na iedere stap cumulatief groter."

Opschaling nodig

Veldhorst werkt vooral aan verbetering van de kwantum-hardware waar verschillende routes voor openliggen. "Met name de opschaling naar grote quantum computers is een grote uitdaging. Daarom werkt mijn groep in QuTech aan een aanpak die beter geschikt is voor opschaling. We werken hier met quantum dots die in fabricage gelijk zijn aan de fabricage van transistors waar er miljarden van in onze computer zitten. De technologie die wij gebruiken is nieuwer en staat daardoor nog meer in de kinderschoenen, maar het heeft potentie op de lange termijn de technologie te worden voor quantum computers die grote vraagstukken kunnen oplossen.

Veldhorst plaats overigens nog wel een kanttekening bij de claim van Google. De definitie van 'quantum surpremacy' is namelijk dat de berekening van de kwantumcomputer niet met de krachtigste traditionele computer is uit te voeren. "Er zijn grote discussies gaande of Googles doorbraak daadwerkelijk onmogelijk te simuleren is met een gewone computer: IBM stelt bijvoorbeeld dat een computer het wellicht in 2,5 dag kan oplossen. Echter, het feit dat we deze discussie hebben, laat de grote beloftes voor quantum technologie zien."