Googles quantumchip Willow maakt minder fouten naarmate hij groter wordt

SANTA BARBARA, DECEMBER 2024 - Google heeft een quantumchip gemaakt waarbij een jarenoude hindernis voor het eerst is genomen. De chip heet Willow en heeft 105 qubits. Bij een quantumcomputer werd tot nu toe vrijwel altijd het omgekeerde gezien van wat je zou verwachten: hoe meer qubits er worden gebruikt, hoe meer fouten er ontstaan. Bij Willow gebeurt het tegenovergestelde, schrijft Google. Het resultaat staat in het vakblad Nature, en Hartmut Neven, hoofd van Google Quantum AI, presenteerde het op 9 december.

Wat een qubit is, en waarom het misgaat

Een gewone computer rekent met bits, die 0 of 1 zijn. Een quantumcomputer rekent met qubits. Die kunnen ook een mengvorm van 0 en 1 zijn, en dat maakt het mogelijk om bepaalde problemen op een heel andere manier aan te pakken. Zulke problemen zijn nu te groot voor elke gewone computer.

Het probleem is dat qubits erg gevoelig zijn. Ze wisselen informatie uit met hun omgeving, en zo sluipt een fout in de rekenstap. Een lange berekening bestaat uit heel veel stappen, en één fout kan het antwoord verpesten. Dit staat al sinds 1995 in de weg, toen de wiskundige Peter Shor de eerste methode voor foutcorrectie beschreef.

Fouten verbeteren met meer qubits

Foutcorrectie werkt zo. Je bewaart één stukje informatie niet in één qubit, maar verspreidt het over een groepje qubits. Dat groepje kan fouten opsporen en herstellen. Zo'n groepje heet een logische qubit. Het idee is dat een groter groepje fouten beter opvangt.

In de praktijk helpt een groter groepje alleen als de afzonderlijke qubits goed genoeg zijn. Zijn ze te slordig, dan voegt elke extra qubit meer fouten toe dan hij herstelt. Google probeerde groepjes van 3 bij 3, 5 bij 5 en 7 bij 7 qubits. Bij elke stap werd de fout ongeveer twee keer zo klein. De chip zit daarmee "onder de drempel", zoals dat heet: boven die drempel wint de ruis, eronder de correctie. Google meldt ook dat de gecorrigeerde qubits langer meegaan dan de beste afzonderlijke qubit op de chip, en dat de foutcorrectie in real time gebeurt, terwijl de berekening loopt. De qubits zelf houden hun toestand ongeveer vijf keer langer vast dan die van de vorige chip.

De proef die supercomputers uitdaagt

Google liet de chip ook een testopdracht uitvoeren, willekeurige circuits. Willow deed er minder dan vijf minuten over. Voor een van 's werelds snelste supercomputers, Frontier, zou dezelfde taak volgens Google ongeveer een 1 met 25 nullen jaar duren, veel langer dan het heelal bestaat. Google erkent dat de schatting genereuze aannames voor de gewone computer bevat en dat gewone computers hierop nog zullen verbeteren. De opdracht heeft bovendien geen bekende toepassing: ze test alleen of een quantumcomputer sneller is.

Wat er nog moet gebeuren

Een bruikbaar resultaat, een berekening die voor gewone computers onhaalbaar is en ook echt iets oplevert, heeft Google nog niet laten zien. Dat is het volgende doel.

Teruggeblikt vanuit 2026

De drempel nemen was de eerste voorwaarde. Daarna moet een quantumcomputer ook alle soorten bewerkingen aankunnen, en een paar daarvan vragen om speciale, vooraf klaargemaakte toestanden. In oktober 2026 meldde Google dat een nieuwe manier om die toestanden te maken op Willow werkt: de fouten daarin werden ongeveer 40 keer kleiner, met een artikel in Science.

Het belang van Willow is de richting. Het was onzeker of grotere quantumcomputers in de praktijk betrouwbaarder zouden worden, en dat is nu op een echte chip gezien. Dat maakt het zinvol om te blijven bouwen naar een machine die problemen aankan die voor elke computer van nu te groot zijn.