Het oplossen van problemen met een quantumcomputer en hoe een qubit-systeem te simuleren

Er wordt gezegd dat slechts 70 qubits, meestal individuele atomen in een aangeslagen toestand, genoeg zijn om de huidige krachtige computers te overtreffen. De Sycamore quantumcomputer van Google, bijvoorbeeld, zou fantastische eigenschappen hebben met dit kleine aantal qubits.

Het is dus geen wonder dat het bijna onmogelijk lijkt om de processen binnenin te simuleren als de rekenkracht zo groot is. Het is echter dringend nodig om beter te begrijpen hoe het werkt. Onder andere de foutmarge is momenteel extreem hoog. In een van de eerdere experimenten van Google was het 99,7 procent.

Er is dus veel ruimte voor verbetering, behalve dat de mogelijkheden voor verbetering beperkt zijn door een gebrek aan simulaties. Een onderzoeksteam van het California Institute of Technology is er nu echter in geslaagd om een systeem te modelleren dat met 60 qubits werkt. Voorheen lag de limiet op ongeveer 38 qubits, volgens de auteurs van het onderzoek, dat zojuist op in Nature is gepubliceerd.

Dat dit zo moeilijk te realiseren is en dat een quantumcomputer überhaupt zo'n veelbelovend instrument is, komt door de quantumverstrengeling van het systeem.

Een qubit werkt niet op zichzelf, d.w.z. het heeft niet alleen een 0 of 1 toestand zoals een bit. In het geval van kwantumverstrengeling werken twee qubits als het ware samen en krijgen weer een toestand van 0 of 1 toegewezen. Een gemengde toestand is ook denkbaar.

De fascinatie is gerechtvaardigd

Naast de 60 individuele qubits zijn er 1.800 verschillende paren die ook informatie kunnen opslaan. Als u naar het volgende niveau gaat met drie verbonden qubits, zijn er nog eens 34.000 mogelijkheden.

De quantumcomputer kan zijn bestaande systeem van 60 circuits dus bijna naar believen uitbreiden. Of zoals het beeld van de Mona Lisa het uitdrukt: De klassieke computer kan met één penseel in één dikte schilderen. De kwantumcomputer daarentegen kan vrij kiezen, maar wordt onnauwkeurig, hij trilt een beetje - een mooie metafoor.

Het trillen is het grootste probleem, want hoe sterker de kwantumverstrengeling, hoe foutgevoeliger het hele systeem wordt. Als, bijvoorbeeld, één qubit met 90 procent nauwkeurigheid herkend kan worden, dan is het percentage slechts 40 procent met vijf verstrengelde qubits en nadert het snel tot nul voor de krachten die een kwantumcomputer feitelijk kenmerken.

Het feit dat het zelfs maar mogelijk was om dit zogenaamd beheersbare aantal qubitcombinaties te simuleren, is te danken aan een truc. De mogelijkheden van verstrengeling werden in de simulatie beperkt. Dit geeft u tenminste een idee van de mogelijkheden en stelt u in staat om gedeeltelijke aspecten van het systeem te bekijken.

Het doel is om "slechts" 91 procent foutieve resultaten te verkrijgen. Om dit te bereiken zou een qubit met 96 procent waarschijnlijkheid correct gelezen moeten worden. Dat klinkt haalbaar als er geen opgewonden atomen in een kwantumcomputer aan te pas zouden komen.

In de video proberen een aantal onderzoekers van Caltech quantumverstrengeling uit te leggen. Ook heel interessant!