Google heeft woensdag een grote doorbraak op het gebied van kwantumcomputers aangekondigd en beweert dat het daarmee het allereerste verifieerbare kwantumvoordeel heeft bereikt. Het nieuwe’Quantum Echoes’-algoritme van Google, dat draait op de Willow-chip, voerde een complexe berekening verbazingwekkend 13.000 keer sneller uit dan’s werelds beste supercomputer dit zou kunnen simuleren.
Gedetailleerd beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Nature markeert deze prestatie een cruciale stap in de richting van het bouwen van praktische kwantummachines.
Onderzoekers geloven dat deze systemen op een dag de momenteel hardnekkige problemen in de geneeskunde, materiaalkunde en andere gebieden zouden kunnen oplossen. Deze mijlpaal verschuift de kwantumrace van pure wetenschap naar verifieerbare, herhaalbare techniek met toepassingen in de echte wereld in het verschiet.
Zoals Google in zijn aankondiging verklaarde: “Dit is de eerste keer in de geschiedenis dat een kwantumcomputer met succes een verifieerbaar algoritme heeft uitgevoerd dat de mogelijkheden van supercomputers overtreft.”
Een nieuwe mijlpaal: verifieerbaar kwantumvoordeel
Een berekening 13.000 keer sneller uitvoeren dan een supercomputer, De nieuwste prestatie van Google is meer dan alleen een snelheidsrecord. Het vertegenwoordigt een fundamentele vooruitgang in de betrouwbaarheid en betrouwbaarheid van kwantumhardware, een cruciale hindernis waar de industrie moeite mee heeft om te overwinnen.
Het experiment werd uitgevoerd op de 105-qubit Willow-processor en voerde met succes een fysisch algoritme uit dat modelleert hoe informatie zich verspreidt en opnieuw focust via een kwantumsysteem.
Achter de opvallende cijfers schuilt een diepere prestatie: verifieerbaarheid. Voor het eerst heeft een kwantumcomputer een versnelling aangetoond van een taak die op betrouwbare wijze kan worden herhaald en aan de natuur kan worden getoetst.
Dit staat in contrast met eerdere demonstraties van’kwantumsuprematie’, die baanbrekend waren maar moeilijker onafhankelijk te bevestigen. Volgens Sundar Pichai, CEO van Google,”is het resultaat verifieerbaar, wat betekent dat de uitkomst kan worden herhaald door andere kwantumcomputers of kan worden bevestigd door experimenten.”
Een dergelijke mogelijkheid brengt de technologie verder dan eenmalige demonstraties naar het rijk van consistente, door technici geleide vooruitgang.
De nieuwe techniek, genaamd Quantum Echoes, werkt door een zorgvuldig vervaardigd signaal naar het kwantumsysteem te sturen. Onderzoekers verstoren vervolgens een enkele qubit en keren de evolutie van het signaal nauwkeurig om om te luisteren naar de ‘echo’ die terugkeert.
Deze echo, versterkt door een fenomeen dat constructieve interferentie wordt genoemd, onthult ongelooflijk gevoelige informatie over de structuur en dynamiek van het systeem.
Jarenlang wordt de belofte van quantum computing getemperd door de uitdaging van fouten en instabiliteit. Deze doorbraak bouwt rechtstreeks voort op het succes van de Willow-chip uit 2024 bij het bereiken van foutcorrectie onder de drempel.
Deze mijlpaal bewees dat zodra qubits een bepaalde kwaliteit bereiken, het opschalen van het systeem fouten daadwerkelijk kan verminderen in plaats van vergroten, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor grotere, stabielere processors.
Van Lab Bench naar Real World: toepassingen en bedreigingen
Met dit nieuwe niveau van precisie is Google optimistisch over de weg naar praktische gebruiksscenario’s. Hartmut Neven, oprichter en leider van Google Quantum AI, projecteerde een duidelijke tijdlijn:”Met kwantum-echo’s blijven we optimistisch dat we binnen vijf jaar toepassingen in de echte wereld zullen zien die alleen mogelijk zijn op kwantumcomputers.”
De meest veelbelovende toepassingen liggen in het simuleren van de natuurlijke wereld op moleculair niveau, een taak die zelfs de krachtigste klassieke computers overweldigt.
Een dieper begrip van de natuur op moleculair niveau. deze interacties zouden nieuwe katalysatoren, efficiëntere batterijen en nieuwe farmaceutische producten kunnen ontsluiten.
In een proof-of-principle-experiment met de Universiteit van Californië, Berkeley, gebruikten onderzoekers de Quantum Echoes-techniek om de structuur van moleculen te analyseren.
De resultaten suggereren dat de methode een krachtig hulpmiddel zou kunnen worden voor de ontdekking van geneesmiddelen en materiaalkunde. Zoals Google in zijn aankondiging uitlegde:”Net zoals de telescoop en de microscoop nieuwe, onzichtbare werelden hebben geopend, is dit experiment een stap in de richting van een’kwantumscoop’die in staat is voorheen niet-waarneembare natuurverschijnselen te meten.”
De toenemende kracht van kwantummachines brengt echter ook een aanzienlijke dreiging scherper in beeld: het potentieel om moderne encryptie te doorbreken.
Een vooruitgang van deze omvang brengt nieuwe inzichten met zich mee. urgentie voor de “Harvest Now, Decrypt Later” aanvalsvector, waarbij tegenstanders vandaag de dag versleutelde gegevens stelen met de bedoeling deze te ontsleutelen zodra een krachtige kwantumcomputer beschikbaar is.
Een dergelijke bedreiging heeft zich heeft overheidsinstanties zoals NIST ertoe aangezet om post-kwantumcryptografie (PQC)-standaarden af te ronden ter verdediging tegen toekomstige aanvallen.
Er wordt een direct risico gevormd voor digitale activa en communicatie. Zoals Christopher Peikert, een professor aan de Universiteit van Michigan, vertelde aan Decrypt:”Kwantumberekeningen hebben een redelijke waarschijnlijkheid (meer dan vijf procent) dat ze een groot, zelfs existentieel langetermijnrisico vormen voor Bitcoin en andere cryptocurrencies.”
Het stille aftellen naar een post-kwantumwereld wordt luider.
De drukke race naar een kwantumtoekomst
De prestatie van Google komt terecht in een hevig competitief veld waar technologiegiganten miljarden inzetten op uiteenlopende strategieën om een fouttolerante kwantumcomputer te bouwen.
Terwijl Google zich heeft geconcentreerd op het aantonen van verifieerbare snelheid met zijn supergeleidende qubits, verkennen zijn rivalen fundamenteel verschillende paden, elk met zijn eigen risico’s en potentiële voordelen.
IBM, een pionier op dit gebied, heeft een ambitieus stappenplan opgesteld dat zich richt op een fouttolerant systeem tegen 2029. De strategie is gebaseerd op een recente overstap naar een efficiëntere foutcorrectiecode, bekend als qLDPC, dat tot doel heeft het aantal fysieke qubits dat nodig is om één stabiele logische qubit te creëren drastisch te verminderen.
Amazon’s AWS, met zijn Ocelot-chip, ontwikkelt’bosonische qubits’die zijn ontworpen om op natuurlijke wijze bepaalde fouten op hardwareniveau te onderdrukken. Hun filosofie is om foutcorrectie vanaf de basis in de architectuur in te bouwen, in plaats van deze later toe te voegen.
Microsoft volgt een gedurfde, dubbele strategie. Het ondersteunt een grote kwantumcomputer met neutrale atomen in Denemarken en ontwikkelt tegelijkertijd zijn eigen ‘topologische qubits’ met een hoog risico en hoge beloning.
De Majorana 1-chip heeft tot doel qubits te creëren die inherent stabiel zijn, wat theoretisch de noodzaak voor complexe foutcorrectie helemaal zou kunnen elimineren, hoewel de technologie experimenteel blijft.
Elke benadering brengt enorme technische uitdagingen met zich mee, en dat blijft zo onduidelijk welke uiteindelijk het meest schaalbaar en praktisch zal blijken.
Toch valt de vooruitgang niet te ontkennen. Winfried Hensinger, professor aan de Universiteit van Sussex, merkte op dat het werk van Google”weer een overtuigend bewijs is dat kwantumcomputers geleidelijk steeds krachtiger worden.”
Uiteindelijk geeft de aankondiging van Google een nieuw kader aan de kwantumrace. De wedstrijd gaat niet langer alleen maar over ruwe qubitaantallen of theoretische snelheid, maar over het bouwen van systemen die verifieerbare, herhaalbare en uiteindelijk bruikbare resultaten kunnen opleveren.
Hoewel de industrie nog niet op het “ChatGPT-moment” is, brengt deze doorbraak die dag aanzienlijk dichterbij.
