Googles kwantumcomputer versnelt rekenkracht met honderd miljoen
Google pakt uit met een doorbraak in het veld van kwantumcomputers. De internetgigant probeert dergelijke computers samen met NASA werkelijkheid te maken, en lijkt daar met de D-Wave X2 nu in geslaagd.
Nieuw soort computer
Kwantumcomputers werken niet zoals klassieke computers. Vandaag bestaan er enorm veel verschillende ‘computers’, van laptops en pc’s over tablets tot smartphones van allerlei verschillende merken, servers, mainframes, supercomputers en met dank aan het internet der dingen zelfs koffiemachines en thermostaten. Onder de motorkap hebben ze allemaal één ding gemeen: ze werken met bits, die kunnen 1 of 0 zijn. Zelfs toekomstige geavanceerde computerchips gefabriceerd uit bijvoorbeeld germanium in de plaats van silicaat werken volgens dat principe, dat al een halve ééuw meegaat.
Kiezen is verliezen
De D-Wave X2 kwantumcomputer wil niets weten van bits en keuzes tussen 1 en 0. De processor werkt met zogenaamde qubits of kwantum bits, en die kunnen 1, 0 of allebei zijn. Op het kleine kwantumniveau houdt de logica zoals wij die kennen en gebruiken op te bestaan, en kunnen zaken wel degelijk verschillende dingen tegelijk zijn. Denk maar aan eenzelfde atoom dat plots op twee plaatsen tegelijk kan zijn, dat is geen theorie maar bewezen praktijk.
Alles tegelijk oplossen
Kwantumcomputers dienen in eerste instantie om bliksemsnel optimalisatieproblemen op te lossen. Bij dergelijke problemen zijn er een grote hoeveelheid variabelen, en is een wetenschapper op zoek naar de beste en efficiëntste methode om iets te doen. D-Wave-Systems zelfs illustreert dat op zijn eigen website met onderstaand prentje. Het landschap bestaat uit verschillende coördinaten, de hoogte van iedere coördinaat is omgekeerd evenredig met de efficiëntie van een bepaalde oplossing. Een computersysteem vandaag gaat op zoek naar de meest optimale oplossing (of het laagste punt op de kaart) door het hele landschap af te wandelen. Een enkele processor kan telkens de efficiëntiekost voor één coördinaat uitwerken, waarna de volgende aan de beurt is.
De kwantumcomputer met zijn qubits berekent in contrast alle coördinaten (of mogelijke oplossingen) op hetzelfde moment. Vervolgens wordt er een techniek genaamd kwantum annealing gebruikt om de qubits uit hun superpositie, waarbij ze meer dan één staat op hetzelfde moment hebben, naar hun klassieke staat te halen. In die klassieke staat zijn de qubits wel één of nul, en het uit te lezen resultaat moet in theorie de beste oplossing voor het optimalisatieprobleem zijn.
Gesimuleerde kwantumcomputer
Problemen waarbij een computer de meest efficiënte opéénvolging van acties voor het bekomen van een eindresultaat moet bekomen, worden vandaag vaak opgelost met simulaties van kwantumcomputers. Daarbij wordt de werking van een kwantumcomputer geëmuleerd op klassieke hardware. Twee technieken worden daarbij gebruikt: simulated annealing en Quantum Monte Carlo. Google zette de D-Wave nu in tegen de twee gesimuleerde methodes om te onderzoeken of de kwantumcomputer echt gebruik maakt van vage kwantumtoestanden zoals superposities en kwantumtunneling. Het antwoord: ja.
Uit de kunstmatige test blijkt dat de D-Wave bij momenten maar liefst honderd miljoen keer sneller is dan de concurrentie. De drie systemen moesten problemen met een duizendtal variabelen oplossen en de voordelen van de kwantumcomputer zijn meteen duidelijk. Het gaat echter om een test met kunstmatige problemen; er is nog heel wat werk voor de boeg alvorens echte praktische problemen opgelost kunnen worden met D-Wave.
Sprong vooruit
De toepassingen zijn legio: de stap van een klassieke computer naar een kwantumcomputer is zowat even groot als de stap van het telraam naar een echte computer. Ingewikkelde wetenschappelijke simulaties zouden veel sneller uitgevoerd kunnen worden. NASA zou hele missies tot in detail kunnen simuleren en griezelig menselijke artificiële intelligentie wordt een mogelijkheid.
Toch is enige nuancering noodzakelijk, aldus MIT technology review. De D-Wave x2-kwantumcomputer die NASA en Google kochten van de Canadese start-up D-Wave Systems, en niet iedereen is even overtuigd van de capaciteiten van de kwantumchip. Critici wijzen er op dat conventionele computers met andere algoritmes sneller kunnen zijn dan de D-Wave. Tot nu geloofden veel onderzoekers zelfs niet dat de D-Wave echt gebruik maakt van kwantumtechnieken. Google en NASA lijken nu te hebben bewezen dat de D-Wave x2 in specifieke situaties wel degelijk een functionele kwantumcomputer is.
Concurrentie
Naar de toekomst wil Google zijn eigen kwantumchip bouwen. Ook andere grote namen zoals Microsoft en IBM zijn hard aan het werk om van de kwantumcomputer een praktische realiteit te maken, maar zelfs met Googles doorbraak is het onderzoeksveld nog steeds zijn kinderschoentjes aan het passen.
Google pakt uit met een doorbraak in het veld van kwantumcomputers. De internetgigant probeert dergelijke computers samen met NASA werkelijkheid te maken, en lijkt daar met de D-Wave X2 nu in geslaagd.
Nieuw soort computer
Kwantumcomputers werken niet zoals klassieke computers. Vandaag bestaan er enorm veel verschillende ‘computers’, van laptops en pc’s over tablets tot smartphones van allerlei verschillende merken, servers, mainframes, supercomputers en met dank aan het internet der dingen zelfs koffiemachines en thermostaten. Onder de motorkap hebben ze allemaal één ding gemeen: ze werken met bits, die kunnen 1 of 0 zijn. Zelfs toekomstige geavanceerde computerchips gefabriceerd uit bijvoorbeeld germanium in de plaats van silicaat werken volgens dat principe, dat al een halve ééuw meegaat.
Kiezen is verliezen
De D-Wave X2 kwantumcomputer wil niets weten van bits en keuzes tussen 1 en 0. De processor werkt met zogenaamde qubits of kwantum bits, en die kunnen 1, 0 of allebei zijn. Op het kleine kwantumniveau houdt de logica zoals wij die kennen en gebruiken op te bestaan, en kunnen zaken wel degelijk verschillende dingen tegelijk zijn. Denk maar aan eenzelfde atoom dat plots op twee plaatsen tegelijk kan zijn, dat is geen theorie maar bewezen praktijk.
Alles tegelijk oplossen
Kwantumcomputers dienen in eerste instantie om bliksemsnel optimalisatieproblemen op te lossen. Bij dergelijke problemen zijn er een grote hoeveelheid variabelen, en is een wetenschapper op zoek naar de beste en efficiëntste methode om iets te doen. D-Wave-Systems zelfs illustreert dat op zijn eigen website met onderstaand prentje. Het landschap bestaat uit verschillende coördinaten, de hoogte van iedere coördinaat is omgekeerd evenredig met de efficiëntie van een bepaalde oplossing. Een computersysteem vandaag gaat op zoek naar de meest optimale oplossing (of het laagste punt op de kaart) door het hele landschap af te wandelen. Een enkele processor kan telkens de efficiëntiekost voor één coördinaat uitwerken, waarna de volgende aan de beurt is.
De kwantumcomputer met zijn qubits berekent in contrast alle coördinaten (of mogelijke oplossingen) op hetzelfde moment. Vervolgens wordt er een techniek genaamd kwantum annealing gebruikt om de qubits uit hun superpositie, waarbij ze meer dan één staat op hetzelfde moment hebben, naar hun klassieke staat te halen. In die klassieke staat zijn de qubits wel één of nul, en het uit te lezen resultaat moet in theorie de beste oplossing voor het optimalisatieprobleem zijn.
Gesimuleerde kwantumcomputer
Problemen waarbij een computer de meest efficiënte opéénvolging van acties voor het bekomen van een eindresultaat moet bekomen, worden vandaag vaak opgelost met simulaties van kwantumcomputers. Daarbij wordt de werking van een kwantumcomputer geëmuleerd op klassieke hardware. Twee technieken worden daarbij gebruikt: simulated annealing en Quantum Monte Carlo. Google zette de D-Wave nu in tegen de twee gesimuleerde methodes om te onderzoeken of de kwantumcomputer echt gebruik maakt van vage kwantumtoestanden zoals superposities en kwantumtunneling. Het antwoord: ja.
Uit de kunstmatige test blijkt dat de D-Wave bij momenten maar liefst honderd miljoen keer sneller is dan de concurrentie. De drie systemen moesten problemen met een duizendtal variabelen oplossen en de voordelen van de kwantumcomputer zijn meteen duidelijk. Het gaat echter om een test met kunstmatige problemen; er is nog heel wat werk voor de boeg alvorens echte praktische problemen opgelost kunnen worden met D-Wave.
Sprong vooruit
De toepassingen zijn legio: de stap van een klassieke computer naar een kwantumcomputer is zowat even groot als de stap van het telraam naar een echte computer. Ingewikkelde wetenschappelijke simulaties zouden veel sneller uitgevoerd kunnen worden. NASA zou hele missies tot in detail kunnen simuleren en griezelig menselijke artificiële intelligentie wordt een mogelijkheid.
Toch is enige nuancering noodzakelijk, aldus MIT technology review. De D-Wave x2-kwantumcomputer die NASA en Google kochten van de Canadese start-up D-Wave Systems, en niet iedereen is even overtuigd van de capaciteiten van de kwantumchip. Critici wijzen er op dat conventionele computers met andere algoritmes sneller kunnen zijn dan de D-Wave. Tot nu geloofden veel onderzoekers zelfs niet dat de D-Wave echt gebruik maakt van kwantumtechnieken. Google en NASA lijken nu te hebben bewezen dat de D-Wave x2 in specifieke situaties wel degelijk een functionele kwantumcomputer is.
Concurrentie
Naar de toekomst wil Google zijn eigen kwantumchip bouwen. Ook andere grote namen zoals Microsoft en IBM zijn hard aan het werk om van de kwantumcomputer een praktische realiteit te maken, maar zelfs met Googles doorbraak is het onderzoeksveld nog steeds zijn kinderschoentjes aan het passen.
