Volgens wetenschappers van Google werkt hun kwantumcomputer echt goed

Afgelopen dinsdag publiceerden computerwetenschappers en natuurkundigen van Google een artikel op arXiv waarin zij komen met een stevig statement: de kwantumcomputer die zij in 2013 van het Canadese bedrijf D-Wave kochten werkt precies zoals de makers zeggen.

En waarom zou dat ook niet? Dat is een goede vraag. De computer van D-Wave is al enkele jaren controversieel. Veel experts op het gebied van kwantumcomputers zijn het niet eens dat D-Wave een daadwerkelijke kwantumcomputer hebben gebouwd. Deze kwestie is complex omdat de computer van D-Wave gebouwd is rond één bepaalde vorm van rekenen met kwantumdeeltjes die bekend staat als "quantum annealing." Deze methode verschilt erg van de meer fundamentele kwantumcomputers die op dit moment in laboratoria worden ontwikkeld. De computer van D-Wave kan kort gezegd niet iedere soort berekening uitvoeren en die nog in ontwikkeling zijn wel.

Het paper van Google is nog niet gepeerreviewd of door een tijdschrift geaccepteerd voor publicatie. Maar Google is ook niet bepaald het bedrijf dat zomaar wetenschappelijk onderzoek gaat zitten verzinnen. Hun resultaten zijn gebaseerd op een vergelijking tussen de computer van D-Wave met een conventionele computer die allebei hetzelfde probleem moeten oplossen. In dit experiment was de D-Wave volgens de wetenschappers 10^8 keer sneller dan de gewone computer. Dat is een 1 met een hele hoop nullen.

Quantum annealing wordt gebruikt voor het vinden van een oplossing voor problemen met een hele hoop variabelen. In de basis begin je met iedere mogelijke oplossing die worden gevat in één superpositie. Vervolgens ga je kijken hoe deze situatie vervalt naar steeds lagere energieniveaus, die steeds staan voor een nieuw lokaal minimum. Omdat kwantummechanica echt raar is, kan het voorkomen dat een deeltje, door natuurlijke fluctuaties, zijn minimumpositie verlaat en dan mogelijk een lager energieniveau vindt.

Op deze manier kan dit systeem een situatie vinden waarin alle variabelen zo klein mogelijk zijn. Dit betekent meer dan je denkt, want algoritmes die problemen kunnen optimaliseren zijn niet goedkoop. Bijvoorbeeld voor het ontwikkelen van software voor machineleren en kunstmatige intelligentie moeten dit soort problemen worden opgelost. Het experiment van Google is opgezet met grofweg 1000 binaire variabelen.

Dit is indrukwekkend, maar er is wel een groot probleem: De computer van D-Wave nam het op tegen een conventionele computer die de manier van berekenen van de D-Wave moest simuleren. Als je de prestaties van de kwantumcomputer zou vergelijken met een conventioneel optimaliseringsalgoritme, dan zien de verhoudingen er heel anders uit. De wetenschappers van Google zeggen dat "men op basis van deze resultaten niet kan zeggen of de D-Wave sneller is, omdat de kwantumcomputer dan beter zou moeten zijn dan het beste conventionele algoritme dat we kennen."

Dus, voor nu is quantum annealing voornamelijk een interessant idee en niet zozeer een hele praktische oplossing. En voor de algemene kwantumcomputer zijn wetenschappers voorlopig nog vooral bezig met het uitzoeken van de fundamentele vragen. Enkele maanden terug was er groot nieuws dat de eerste kwantumprocessor van twee qubits in een chip was gebouwd, wat praktisch gezien niet heel bruikbaar is.