Een team van wetenschappers van Harvard University en het Massachusetts Institute of Technology, onder leiding van Mikhail Lukin, een natuurkundeprofessor aan Harvard en medeoprichter van het Nederlands Quantum Center, heeft een programmeerbare quantumcomputer op basis van 51 qubits gemaakt en met succes getest, en is daarmee koploper geworden onder de deelnemers aan de quantumwedloop. Lukin zelf deed de aankondiging tijdens de IV International Conference on Quantum Technologies in Moscow ICQT-2023 op 14 juli.
Veel wetenschappelijke groepen proberen momenteel een universele kwantumcomputer te bouwen en veel regeringen en bedrijven, zoals Google, IBM, Microsoft en de Chinese onlinehandelaar Alibaba, investeren in deze projecten. De rekenelementen van deze computers – qubits – zijn opgebouwd rond kwantumobjecten: ionen, gekoelde atomen of fotonen die zich in een superpositie van verschillende toestanden kunnen bevinden. Hierdoor kunnen kwantumcomputers veel berekeningen tegelijk doen, in één enkele klokcyclus… Kwantumcomputers kunnen taken aan waarvoor klassieke computers miljarden jaren nodig zouden hebben… Zij kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om het gedrag van complexe kwantumsystemen te simuleren en nieuwe materialen met unieke eigenschappen te creëren.
De mogelijkheden van quantumcomputers hangen af van het aantal qubits. Slechts enkele tientallen qubits kunnen rekenkracht opleveren die het bereik van klassieke computers te boven gaat. Vandaag plant het kwantumlaboratorium van Google, onder leiding van John Martinis, experimenten met een computer met 49 qubits, terwijl IBM reeds experimenten uitvoert met een apparaat met 17 qubits. Het bouwen van een 51-kubieke-inch computer is een grote sprong voorwaarts op het gebied.
Lukin zei op de ICQT-conferentie dat hij en zijn collega’s qubits hebben gebruikt op basis van koude atomen die bij elkaar worden gehouden door optische “pincetten” – speciaal geplaatste laserstralen. De meeste moderne kwantumcomputers zijn gebaseerd op supergeleidende qubits op basis van Josephson-contacten.
Met hun kwantumcomputer hebben Lukin en zijn collega’s het probleem opgelost van het modelleren van het gedrag van kwantumsystemen die uit vele deeltjes bestaan, wat bijna onoplosbaar was met klassieke computers. Bovendien zijn zij erin geslaagd enkele voorheen onbekende effecten te voorspellen, die vervolgens met gewone computers zijn geverifieerd. De verkregen resultaten zijn achteraf geverifieerd op conventionele computers. De wetenschappers slaagden erin een manier te vinden om de berekeningen te benaderen, waardoor vergelijkbare resultaten op de klassieke computer konden worden verkregen.
In de nabije toekomst willen wetenschappers blijven experimenteren met een kwantumcomputer, zij kunnen proberen dit systeem te gebruiken om de kwantumoptimalisatie-algoritmen te verifiëren waarmee je bestaande computers kunt overtreffen.
Lukin zei dat de paper met de resultaten van het werk is geaccepteerd voor publicatie en zondag zal verschijnen op de arXiv preprint server. Op de avond van 14 juli zal hij deelnemen aan een openbare discussie op de ICQT-conferentie, na de openbare lezing van John Martinis.
Wat zijn de mogelijke toepassingen van deze 51-bits kwantumcomputer en hoe verschilt het van traditionele computers?
Wat is het doel van het bouwen en testen van deze ’s werelds eerste 51-bits kwantumcomputer?
Het doel van het bouwen en testen van ’s werelds eerste 51-bits kwantumcomputer is om de grenzen van de huidige kwantumtechnologie te verleggen en nieuwe mogelijkheden te verkennen. Met een groter aantal qubits, zoals in deze 51-bits kwantumcomputer, kunnen complexere berekeningen worden uitgevoerd en kunnen nieuwe toepassingen van kwantumcomputers worden onderzocht. Door deze kwantumcomputer te testen, hopen onderzoekers meer inzicht te krijgen in de kracht en beperkingen van kwantumcomputers en hoe ze deze technologie verder kunnen ontwikkelen voor toekomstige toepassingen.