Google zegt dat zijn quantumchip in 200 seconden een som oplost waar een supercomputer veel langer over zou doen

MOUNTAIN VIEW, OKTOBER 2019 - Het tijdschrift Nature publiceert vandaag een resultaat van Google waar natuurkundigen al maanden over praten. Een chip met 53 qubits, de rekeneenheden van een quantumcomputer, voerde een rekenopgave uit in ongeveer 200 seconden. Volgens Google zou de snelste supercomputer van dit moment er 10.000 jaar over doen. Het bedrijf noemt dit quantum supremacy: het moment waarop een quantumcomputer iets kan wat gewone computers in redelijke tijd niet kunnen.

Wat is een quantumcomputer?

Een gewone computer rekent met bits. Een bit is een schakelaar die uit staat (0) of aan (1). Alles wat je computer doet, is een heel lange reeks van zulke nullen en enen.

Een qubit is de quantumversie daarvan. Hij is gemaakt volgens de wetten van de natuurkunde voor heel kleine dingen. Zolang je niet kijkt, staat hij niet alleen op 0 of alleen op 1, maar in een mengeling van beide. Meerdere qubits kunnen bovendien aan elkaar verbonden worden, zodat ze samen een toestand vormen. Voor 53 qubits is die toestand een lijst van meer dan 9 biljard getallen. Elke extra qubit maakt de lijst twee keer zo lang. Een gewone computer die dit moet nabootsen, moet al die getallen bijhouden. De quantumchip hoeft dat niet: hij is zelf die toestand.

De chip van Google heet Sycamore. De qubits zijn kleine elektrische kringen van een supergeleidend metaal, dat bij zeer lage temperaturen elektriciteit zonder verlies geleidt. De chip hangt daarom in een koelkast.

Wat was de opgave?

De opgave klinkt abstract, want ze is bedacht om zo moeilijk mogelijk te zijn voor gewone computers. De chip voert een willekeurige reeks bewerkingen uit op de qubits. Daarna meet hij ze uit, en dat geeft een rij nullen en enen, bijvoorbeeld 0000101. Doe je dat vaak, dan komen sommige rijen vaker voor dan andere. Dat komt doordat qubits elkaar kunnen versterken en uitdoven. Het patroon van die frequenties is het resultaat.

Een gewone computer moet dat patroon uitrekenen door de hele lijst van getallen van alle qubits bij te houden, en die lijst groeit razendsnel met het aantal qubits en het aantal bewerkingen. De chip zelf voert het gewoon uit.

Hoe weten ze dat het klopt?

Google controleerde de chip eerst met kleinere circuits van 12 tot 53 qubits, die een gewone computer nog kan narekenen. De uitkomsten kwamen overeen met de berekeningen. Daarna liet het team steeds langere reeksen bewerkingen draaien, tot een gewone computer ze niet meer kon narekenen.

Het getal van 10.000 jaar is een schatting op basis van de metingen en een rekenmethode voor gewone computers. Het is dus niet gemeten.

Kanttekeningen

IBM, dat zelf quantumcomputers bouwt, denkt dat de schatting te hoog is. Het bedrijf zegt dat een gewone computer dezelfde opgave in 2,5 dagen kan doen als hij ook de opslagruimte op schijven gebruikt in plaats van alleen het werkgeheugen. Het verschil zit dus in de rekenmethode voor gewone computers, niet in de chip. Daarbij is de opgave zelf geen nuttige toepassing, en fouten zijn nog een beperking: elke bewerking gaat soms mis, waardoor de reeksen niet langer dan ongeveer duizend bewerkingen kunnen zijn.

Teruggeblikt vanuit 2026

De term quantum supremacy bleef omstreden. Dertien onderzoekers pleitten in Nature voor het woord quantum advantage, ook omdat "supremacy" in het dagelijks gebruik een andere klank heeft. Intussen bedachten onderzoekers snellere rekenmethoden voor gewone computers, waardoor het gat kleiner werd. In 2024 schatte Googles eigen team dat verbeterde methoden de opgave op de supercomputer Frontier in ongeveer zes seconden zouden kunnen doen. Het is niet vreemd dat zo'n voorsprong tijdelijk is.

Het belang zit elders. Na 2019 verschoof het werk naar fouten opvangen: meerdere qubits samen laten werken als één betrouwbaarder qubit. Pas dan kunnen quantumcomputers nuttig worden voor scheikunde of materialen. Het experiment liet zien dat een grote quantumchip kan werken, en dat is de eerste stap daarheen.