Inhoud

• Waar kwantumcomputers goed voor zijn
• Wat betekent kwantumsuprematie voor de veiligheid?
• Vragen over de kwantum-suprematieclaims van Google

Vorige week beweerden Google-onderzoekers dat ze 'kwantumsuprematie' hadden bereikt, volgens een artikel in de Financiële tijden. Het papier van Google werd kort op een NASA-website geplaatst voordat het werd verwijderd. Daarin beweren onderzoekers dat ze de krachtigste klassieke supercomputer van vandaag - genaamd Summit - hebben overtroffen met hun eigen kwantumcomputer.

Dit is wat bekend staat als kwantumsuprematie - met andere woorden, wanneer bewezen is dat een kwantumcomputer sneller is bij een bepaalde taak dan een klassieke computer. Volgens het artikel kan het 53-bit Sycamore-systeem van Google deze specifieke berekening in drie minuten en 20 seconden voltooien. De Summit-supercomputer zou ongeveer 10.000 jaar nodig hebben om dezelfde functie te voltooien.

Het bereiken van kwantumsuprematie was aanvankelijk voorspeld voor het einde van 2017. De 72-bits Bristlecone-computer van Google (hierboven afgebeeld) bleek echter te moeilijk om met voldoende nauwkeurigheid te besturen. In plaats daarvan komt de doorbraak uit het kleinere 53-bit Sycamore-systeem.

Waar kwantumcomputers goed voor zijn

In tegenstelling tot traditionele computers die werken op bits van 1 of 0, gebruiken quantumcomputers "qubits" om waarden op te slaan. Een qubit, of kwantumbit, is een kwantummechanisch systeem met twee toestanden. Het heeft de mysterieuze eigenschap dat het in staat is om een ​​superpositie van zowel 1 als 0 toestanden tegelijk te houden. Deze toestand stort echter na meting in.

Quantumcomputers worden gebouwd met vergelijkbare hardwarepoorten als klassieke computers, waarbij NOT- en AND-poortequivalenten worden gebruikt voor wiskundige functies. Kwantumoutputs zijn echter intrinsiek probabilistisch, wat betekent dat ze op nauwkeurigheid moeten worden gecontroleerd en fouten moeten worden gecorrigeerd. Je kunt ook niet halverwege een kwantumberekening bekijken zonder de uitvoer te verpesten, vanwege superpositie.

Superpositie en waarschijnlijkheid zijn de sleutels die kwantumcomputers nuttig maken voor bepaalde wiskundige taken. Door het aantal qubits op te schalen, kunnen miljoenen mogelijkheden vrijwel direct worden berekend. Het gebruik omvat het berekenen van grote getallen, het berekenen van Fourier-transformaties en het oplossen van lineaire vergelijkingen. Quantumcomputers zijn van nature zeer gespecialiseerd. Ze zijn eigenlijk niet goed voor veel van de basisberekeningen die onze handheld-computers elke dag uitvoeren.

Wat betekent kwantumsuprematie voor de veiligheid?

Hoe vreemd quantumcomputers ook klinken, ze hebben een aantal zeer interessante toepassingen op bepaalde gebieden van de computer - met name die met herhaalde, complexe wiskundige bewerkingen zoals meteorologie, modellering chemie en fysica, en cryptografie.

Die laatste maakt mensen vaak bang. Quantumcomputers kunnen zoveel wiskundige permutaties tegelijk doorlopen en nemen in theorie een fractie van de tijd in beslag die huidige computers nodig hebben om gemeenschappelijke coderingsstandaarden te doorbreken. Gewoon dagen of uren in plaats van meerdere levens. Nieuwe cryptografische protocollen kunnen op een dag nodig zijn voor zeer gevoelige informatie om kraken door kwantumcomputers te voorkomen.

Versleutelingsstandaarden zullen moeten verbeteren na commerciële kwantumcomputers.

Evenzo worden vergelijkbare algoritmen gebruikt in de huidige cryptocurrency-markt om portefeuilles te beveiligen en transactie-legitimiteit te verifiëren. Er is geen teken dat zelfs de computer van Google deze coderingstypes behoorlijk kan kraken. De dreiging van exponentiële groei van kwantumcomputervermogen maakt dit echter een duidelijke mogelijkheid in de komende jaren.

Gelukkig zijn kwantumcomputers nog ver verwijderd van commercieel levensvatbaar. Ze bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase en worden veel vaker gebruikt voor onderzoek dan het breken van openbare wachtwoorden. Hoe dan ook, coderingsstandaarden zullen in de nabije toekomst moeten verbeteren om scheurbaarheid te voorkomen en te voorkomen.

Vragen over de kwantum-suprematieclaims van Google

Hoewel Google claimt dat kwantumsuprematie een belangrijke doorbraak is, zijn sommige van zijn concurrenten minder overtuigd van de verdiensten van de prestatie. De term "kwantumsuprematie" suggereert dat kwantumcomputers nu krachtiger en nuttiger zijn dan klassieke computers, maar dit is zeker een contentieuze claim.

Dario Gil, hoofd van onderzoek bij IBM (een belangrijke rivaal in de kwantumcomputers), noemde de beweringen van Google 'gewoon fout'. Gil merkt op dat het onderzoek slechts 'een laboratoriumexperiment is dat is ontworpen om in wezen - en vrijwel zeker uitsluitend - een experiment te implementeren zeer specifieke kwantummonsternemingsprocedure zonder praktische toepassingen. "Met andere woorden, het onderzoek van Google is gericht op een zeer smal type computergebruik dat weinig informatie geeft over de bredere mogelijkheden van de computer.

Kwantum suprematie - wanneer een kwantumcomputer een klassieke computer overtreft voor een bepaalde taak.

Chad Rigetti, een voormalige directeur van IBM, noemde de aankondiging echter een 'groot moment voor mens en wetenschap'. Daniel Lidar, hoogleraar engineering aan de Universiteit van Zuid-Californië, merkte de omvang van de doorbraak van Google op. Het bedrijf heeft de qubit-interferentie - bekend als "overspraak" - verminderd, waardoor het foutenpercentage van de computer aanzienlijk is verlaagd in vergelijking met zijn rivaal.

De implicatie is dat Google nu in staat zal zijn om de omvang van zijn kwantumcomputers op te schalen dankzij lagere foutresultaten. Meer qubits met weinig fouten zullen de verwerkingskracht van kwantumcomputers exponentieel vergroten, waardoor ze veel meer haalbaar zijn voor complexe probleemoplossing. Er is echter nog veel meer werk aan programmeerbaarheid te doen.

Uiteindelijk zijn kwantumcomputers slechts nuttig voor een beperkt aantal taken. Ze zijn duur om te bouwen, uit te voeren en te programmeren. Deze complexiteit betekent dat ze waarschijnlijk slechts spaarzaam zullen worden gebruikt voor zeer specifieke taken. Hoewel, dit doet niets af aan de kwantum suprematie mijlpaal van Google en het feit dat quantum computing er elk jaar meer en meer levensvatbaar uitziet.