IBM neemt als eerste een systeem met een quantumprocessor in gebruik. Het systeem, dat heel snel parallelle berekeningen uitvoert, is via internet te benaderen. Maar is daar wel iets mee aan te vangen?

De pc die we dagelijks gebruiken mag dan nog zo snel zijn, hij rekent stapje voor stapje, oftewel serieel. Met multikernprocessors is de snelheid in de loop der jaren weliswaar flink opgevoerd, maar het kost een gemiddelde computer nog altijd enorm veel tijd om bijvoorbeeld een encryptiesleutel te kraken.

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?
LEES OOK

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?

Een tekort én een overschot aan water bedreigen tegelijkertijd de menselijke beschaving. Kunnen die de zee ooit drinkbaar maken?

De quantumcomputer grijpt terug op een heel ander concept: de quantummechanica. Er wordt niet gerekend met klassieke nullen en enen, maar met quantumbits of qubits. Quantumdeeltjes, zoals een atoomkern of een elektron, kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Zo kan het magnetisch moment van een elektron, de zogenoemde spin, tegelijk twee verschillende richtingen hebben. Als de spinrichting wordt gebruikt als quantumbit in een computer, kan deze dus tegelijk zowel 0 als 1 zijn. Dat maakt supersnel rekenwerk mogelijk. Slecht nieuws wellicht voor beveiligers en hun encryptiesleutels, maar het spitten in grote databases kan er enorm mee worden versneld.

IBM stelde al eerder virtuele rekenkracht beschikbaar. Het bedrijf koppelt supercomputers aan de cloud, zodat je thuis een vraag kunt stellen over een medische conditie, die supercomputer Watson dan razendsnel analyseert aan de hand van bijvoorbeeld duizenden medische tijdschriften.

De processor van IBM rekent met vijf kwantumbits. Beeld: IBM
De processor van IBM rekent met
vijf kwantumbits. Bron: IBM

Rekenvoorbeelden

Maar is de quantumcomputer dan al zo ver? Niet echt, want meer dan vijf qubits zijn momenteel niet beschikbaar en daar valt weinig nuttigs mee te doen, zegt Julia Cramer. Zij is verbonden aan QuTech, het quantuminstituut van de TU Delft en TNO, waar ook wordt gewerkt aan de computer van de toekomst. ‘IBM laat een aantal rekenvoorbeelden zien, waarin vooral het principe wordt gedemonstreerd. Het leuke is dat je de technologie daarmee wel toegankelijk maakt voor een groot publiek.’

Veelbelovend is het zeker. Een quantumcomputer van vijftig qubits biedt oplossingen voor problemen waar de vijfhonderd snelste supercomputers momenteel niet uitkomen, maar volgens Cramer hebben de koplopers op het gebied van quantumtechnologie, waaronder QuTech, momenteel ongeveer tien qubits per systeem. IBM verwacht overigens dat middelgrote universele quantumcomputers van vijftig tot honderd qubits binnen tien jaar het levenslicht zullen zien.

Daarbij zijn nog aardig wat hobbels te overwinnen. De quantuminformatie is namelijk nogal fragiel. Het is een wat raadselachtig fenomeen uit de quantummechanica dat zodra je een zogenoemde superpositie wilt meten, deze verloren gaat: de waarde wordt dan 0 of 1.

Snelle elektronica

Niet alleen IBM corrigeert deze informatie. Een team wetenschappers onder leiding van Tim Taminiau van QuTech heeft onlangs laten zien hoe fouten in een quantumberekening niet alleen kunnen worden opgespoord, maar ook actief kunnen worden hersteld.

Het Delftse team maakt daarbij gebruik van elektronen- en kernspins in diamant. Deze spins kunnen niet alleen quantuminformatie verwerken met een hoge kwaliteit, maar deze ook nog eens zo lang opslaan dat de fouten direct verwerkt en gecorrigeerd kunnen worden via snelle elektronica.

‘Klassieke computers maken ook fouten, waarvoor gecorrigeerd moet worden, maar dat is beheersbaar’, zegt Cramer. ‘In quantumfoutcorrectie moet de quantuminformatie beschermd worden door deze eerst te coderen. Daarna worden fouten gedetecteerd via heel voorzichtige metingen die de quantuminformatie niet verstoren. Uiteindelijk worden de fouten verwerkt in snelle klassieke elektronica en actief gecorrigeerd.’

Ook de Delftse quantumcomputer zou in principe al berekeningen via het internet kunnen aanbieden. ‘Maar we willen ons eerst richten op uitbreiding van de mogelijkheden’, zegt Cramer.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.

Lees verder: