De nieuwe quantumcomputer van IBM, Osprey, is meer dan drie keer zo groot als Eagle, het vorige recordbrekende exemplaar.

IBM heeft de grootste quantumcomputer ooit gebouwd, met de naam Osprey (‘visarend’), met 433 qubits, ofwel quantumbits. Daarmee heeft Osprey er drie keer zo veel als de vorige recordbreker van het bedrijf met 127-qubits, en zelfs acht keer meer dan Sycamore, de 53-qubit-quantumcomputer van Google.

Quantumcomputers kunnen rekenproblemen oplossen die conventionele computers niet aankunnen. Maar het is nog niet duidelijk wat nu precies de beste manier is om zo’n machine te bouwen. IBM en Google baseren hun qubits op kleine ringetjes van supergeleiders. Andere ontwerpen gebruiken geladen atomen, fotonen ofwel lichtdeeltjes, of ongebruikelijk grote atomen.

Een nieuwe winningsmethode voor diepe geothermische energie
LEES OOK
Een nieuwe winningsmethode voor diepe geothermische energie

Chipbesturing

Het bouwen van Osprey was een grotere uitdaging dan alleen meer qubits maken, zegt quantumonderzoeker Oliver Dial van IBM. Qubits kunnen verstoord worden door de krachten die aangrenzende qubits op ze uitoefenen, vergelijkbaar met hoe onbedoelde elektrische contacten in een conventionele computer problemen veroorzaken. Hoe meer qubits bij elkaar op een chip worden gepropt, hoe groter de kans daarop.

De qubits worden aangestuurd met conventionele elektronica. Dial zegt dat hij en zijn team de verbindingen daarme zó hebben ontworpen dat de qubits zo nauwkeurig mogelijk onder controle blijven.

Aangezien de supergeleidende ringetjes alleen hun werk doen bij temperaturen van bijna -273 graden Celsius, moet Osprey in een speciale koeler worden gehouden. Daarnaast moesten de onderzoekers ervoor zorgen dat de elektrische stroom in de draden geen verhoging van de temperatuur veroorzaakt.

Quantumsuperioriteit

Wetenschappers hebben hoge verwachtingen van quantumcomputers. Dat komt omdat qubits, in tegenstelling tot conventionele bits, tegelijkertijd meerdere waardes kunnen aannemen: 0, 1 en, door de aparte werking van quantummechanica, zowel 0 als 1 op hetzelfde moment. Dit zou ze slim genoeg maken om bepaalde berekeningen uit te voeren die zelfs voor huidige supercomputers veel te complex zijn. Een voorbeeld daarvan is het simuleren van chemische reacties.

In 2019 claimde Google een doorbraak, toen Sycamore een probleem oploste dat volgens het bedrijf onmogelijk was voor een conventionele computer. Deze claim van ‘quantumsuperioriteit’ is sindsdien herhaaldelijk in twijfel getrokken.

Osprey heeft veel meer qubits dan Sycamore. En voor quantumcomputers geldt: hoe meer qubits, hoe krachtiger. Een conventionele computer zou meer bits moeten hebben dan er atomen zijn in het universum om het aantal toestanden te evenaren waarin Osprey informatie kan opslaan en verwerken.

Ruis

‘Met het bouwen van Osprey zijn we gaan verkennen hoe groot we een quantumchip echt kunnen maken. We hebben geleerd dat we meer dan 400 qubits op een chip kunnen krijgen, en het geheel nog steeds aan de praat kunnen krijgen. Dat was een enorme les in de techniek’, zegt Dial.

‘Deze computer laat zien dat deze supergeleidende technologie ook schaalbaar is’, zegt Peter Love, quantumonderzoeker aan de Tufts-universiteit in Massachusetts, Verenigde Staten. ‘Maar dit is wel een apparaat met veel ruis. En ruis zou weleens het sleutelwoord kunnen zijn voor quantumcomputers de komende jaren.’

Natuurkundigen spreken van ruis als quantumcomputers fouten beginnen doordat de qubits hun quantumtoestand in de loop van de tijd verliezen. Love zegt dat hij twee grote vragen heeft. Ten eerste: kunnen computers als Osprey ook zo gemaakt worden dat ze hun eigen fouten kunnen detecteren en verbeteren? En ten tweede: zou IBM Osprey in kunnen zetten om quantumsuperioriteit aan te tonen?

Dial zegt dat het team van IBM goed op weg is om een werkende quantumcomputer met 1121 qubits te bouwen tegen 2023. Tegelijkertijd ontwikkelt het team een kleinere chip om een nieuwe methode voor het ordenen en verbinden van qubits te testen. Hiermee zou het apparaat minder ruis vertonen en minder fouten maken. ‘We werken niet alleen aan het vergtoten van de schaal, maar ook de kwaliteit en de snelheid van onze quantumcomputers’, zegt hij.