Waarschijnlijk zul je zelf nooit quantumhardware gebruiken, maar de kans is groot dat je profiteert van onderzoek dat zonder deze hardware niet tot stand had kunnen komen. De enen en nullen van conventionele computers zouden nooit het soort verwerking kunnen bewerkstelligen waartoe quantum computing in staat is.
De mogelijkheden zijn grenzeloos, maar er is één belangrijke hindernis: als mensen niet daadwerkelijk toegang hebben tot kwantumcomputers, is de technologie niet veel meer dan een intrigerend wetenschappelijk project. Als computerwetenschappers, academische onderzoekers en anderen geen toegang hebben tot de hardware, zal het veld nooit een volgende stap voorwaarts zetten.
Aanbevolen video's
Het antwoord van IBM op dit probleem is: cloudplatform genaamd IBM Q. Sinds het programma in mei 2016 werd gelanceerd, hebben gebruikers een manier gekregen om kwantumberekeningen te gebruiken zonder directe toegang tot een kwantumcomputer.
Verwant
- Wetenschappers hebben zojuist een doorbraak bereikt in quantum computing
- De nieuwe 127-qubit-processor van IBM is een grote doorbraak in quantum computing
- IBM bouwt de grootste kwantumcomputer – en een gigantische koelkast om hem in te plaatsen
De hardware zelf is misschien niet in overvloed aanwezig, maar dankzij IBM Q, het is alomtegenwoordig.
Kwantumbouw
Ik ontmoette Bob Sutor, de vice-president voor IBM Q-strategie en ecosysteem, op een drukke beursvloer de IBM Think-conferentie in april. We stonden op enkele centimeters afstand van een cryostaat, onderdeel van de complexe architectuur die kwantumberekeningen mogelijk maakt.
“Het eigenlijke kwantumapparaat, de qubits, leeft in [een cryostaat]. Dit wordt zeer dicht bij het absolute nulpunt gehouden. 0,015 Kelvin. Dat is een klein beetje boven het absolute nulpunt, waar niets beweegt.”
‘Het eigenlijke kwantumapparaat, de qubits, leeft hier,’ vertelde Sutor me, wijzend naar een klein compartiment aan de basis van de structuur. “Dit wordt zeer dicht bij het absolute nulpunt gehouden. 0,015 Kelvin. Dat is een klein beetje boven het absolute nulpunt, waar niets beweegt.”
Koeling is een gemeenschappelijke factor bij veel van de kwantumcomputerprojecten van het afgelopen decennium. Lage temperaturen maken het gemakkelijk om een omgeving te behouden waarin verstrikking kan plaatsvinden. Het is een van de grootste uitdagingen waarmee wetenschappers en ingenieurs die op dit gebied werken worden geconfronteerd: hoe kunnen we de omgeving koud genoeg maken zodat de hardware kan functioneren zoals bedoeld.
Terwijl het koudste deel van de cryostaat bijna het absolute nulpunt bereikt, is de bovenkant van de structuur een relatief zwoele Kelvin van vier graden. Elke sectie wordt van boven naar beneden steeds kouder, een proces dat blijkbaar in totaal 36 uur duurt. Sutor noemt het een ‘verheerlijkte still’, verwijzend naar de manier waarop helium wordt gebruikt om een destillatieproces uit te voeren dat warmte wegspoelt.
Dummy-hardware
Terwijl Sutor met mij over deze complexe hardware praat, erkent hij dat dit specifieke voorbeeld niet daadwerkelijk wordt gebruikt om berekeningen uit te voeren als onderdeel van het IBM Q-platform.
Hij vertelt me dat de qubits nep zijn – “waarom zouden we een van onze ultramoderne chips in iets stoppen dat maar ronddwaalt?” - En dat de cryostaat zelf iets “robuuster” is dan de echte McCoy, om ervoor te zorgen dat hij niet in stukken valt tijdens het persen tour.
“Waarom zouden we een van onze ultramoderne chips in iets stoppen dat maar ronddwaalt?”
We hebben het al jaren over quantum computing voor Digital Trends, en het was nog steeds fascinerend om de hardware ‘in het echt’ te zien, ook al was het eigenlijk maar een replica. Maar het feit dat IBM de behoefte voelt om een fysieke representatie van zijn kwantuminspanningen met zich mee te slepen, spreekt boekdelen over de huidige status van deze technologie.
Jarenlang was quantum computing niet meer dan een ‘wat-als?’ dat computerwetenschappers fascineerde. Toen was het een experiment. Nu bevindt het zich in een vreemd niemandsland en biedt het directe bruikbaarheid voor onderzoekers, nog vóór de belofte van een grootschalige universele kwantumcomputer is vervuld. Dat gezegd hebbende, het is nog steeds een relatief nichetechnologie, ook al doet IBM zijn uiterste best om deze toegankelijk te maken.
Het veld van quantum computing evolueert opmerkelijk snel, maar er is nog een lange weg te gaan voordat het zijn potentieel bereikt. Een deel van de uitdaging is de enorme reikwijdte van het verwezenlijken van deze ideeën.
Het concept zelf vereiste een aanzienlijke hoeveelheid basis in de experimentele natuurkunde om van de grond te komen. Dat werk moest worden ondersteund door technische hoogstandjes – bijvoorbeeld de opgerolde draden die je ziet in de afbeeldingen die dit illustreren artikel zijn geïmplementeerd om te voorkomen dat de hardware zichzelf in stukken breekt als de temperatuur daalt en het metaal contracten. Momenteel ligt er de lastige taak om een ecosysteem rond de technologie te ontwikkelen.
Er was een bedrijf met de kracht van IBM voor nodig om iets dat gemakkelijk een wetenschappelijk project had kunnen worden, om te zetten in technologie die werkbaar en praktisch is. Maar nu is er nog veel fundamenteel werk is al voltooid, is er een duidelijke focus op hoe deze hardware toegankelijk wordt gemaakt, naast inspanningen om stapsgewijze verbeteringen aan te brengen.
Werken vanuit huis
“Een paar jaar geleden was dit een natuurkundig project”, zei Jerry Chow, manager van IBM’s experimentele quantum computing-groep, in gesprek met Digital Trends op de Think-conferentie. “Het was iets waarvoor je in een laboratorium moest zijn. Het op internet zetten was de eerste stap.”
“Een paar jaar geleden was dit een natuurkundig project. Het was iets waarvoor je in een laboratorium moest zijn. Het op internet zetten was de eerste stap.
Hij merkt op dat een deel van de bedoeling van de externe toegang die via het IBM Q-platform werd aangeboden, was om een deel van de onderliggende natuurkunde te verbergen. Gebruikers hoeven niet per se te weten wat het koelproces bijdraagt – of hoe de supergeleidende processor werkt. Het niet volledig kunnen begrijpen van de techniek van de kwantumcomputer vormt geen toetredingsdrempel.
Dit lijkt misschien voor de hand liggend, aangezien de meesten van ons apparaten zoals smartphones en tablets gebruiken laptops op een dagelijkse basis zonder praktische kennis van wat er onder de motorkap zit. Het verschil is dat operationele kwantumhardware in vergelijking ongelooflijk zeldzaam is.
Een gebrek aan financiën of technische expertise kan briljante onderzoekers en opvallende studenten ervan weerhouden een kwantumcomputer te gebruiken om belangrijk werk te doen. Maar IBM Q zorgt ervoor dat zelfs als deze individuen een pad hebben naar de hardware die ze nodig hebben.
We hebben het hier niet alleen over toekomstig potentieel. Chow vertelt me dat 75.000 gebruikers meer dan 2,5 miljoen experimenten hebben uitgevoerd op het IBM Q-platform, met als resultaat zo'n 60 onderzoekspapers. ‘Er is een krant uit Japan over het verstrengelen van 16 qubits, en hoe je dat eigenlijk zou doen”, zegt Sutor. “Dat is de eerste keer dat iemand dit daadwerkelijk op dit type machine heeft gedaan.”
Toen het idee van kwantumcomputers voor het eerst mainstream werd, was een van de meest voorkomende vragen die mensen stelden: wanneer ze konden verwachten dat een dergelijk systeem hun pc zou vervangen. Deskundigen antwoordden dat het voorlopig onduidelijk is of dit soort hardware tastbare voordelen zou bieden ten opzichte van klassieke computers.
We moeten dus niet verwachten dat we in elk thuiskantoor een kwantumcomputer zullen zien – maar nu lijkt het erop dat we op de korte termijn ook niet in elk computerwetenschappelijk laboratorium moeten verwachten. In ons onderling verbonden tijdperk volgt hieruit dat een baanbrekende technologie niet massaal zal worden uitgerold voordat alle problemen zijn opgelost.
De aard van het IBM Q-platform betekent dat de geleerde lessen zeer snel voor iedereen kunnen worden omgezet in verbeteringen.
“Het model voor de consumptie van kwantum op de korte termijn is dit soort cloudtoegang”, merkt Chow op. Vooralsnog lijkt het erop dat het op afstand benaderen van quantumhardware de meest effectieve aanpak is.
IBM geeft zijn hardware nu in handen van mensen die er praktische toepassingen voor kunnen vinden, en dat zal zeker vorm gaan geven voortdurende evolutie van kwantumcomputers.
Tegelijkertijd zorgt de aard van het IBM Q-platform ervoor dat de geleerde lessen snel kunnen worden omgezet in verbeteringen die de lengte en breedte van de gebruikersbasis ten goede komen.
Wat levert IBM op door zijn hardware beschikbaar te stellen aan gebruikers die anders niet met een kwantumcomputer zouden kunnen werken? Welnu, al het geleerde uit het gebruik van kwantumhardware zou over talloze laboratoria zijn verspreid. Maar dankzij IBM Q wordt het nu allemaal teruggekoppeld naar zijn eigen project. Verwacht niet dat de vooruitgang snel zal vertragen.
Aanbevelingen van de redactie
- De RTX 4090 is al uitverkocht. Hier leest u hoe u er nog steeds een kunt krijgen
- In het Britse laboratorium dat hersenen verbindt met kwantumcomputers
- Onderzoekers creëren ‘ontbrekend puzzelstukje’ in de ontwikkeling van quantum computing
- Maak kennis met Silq: de eerste intuïtieve programmeertaal voor kwantumcomputers
- Honeywell maakt een sprong van thermostaten naar kwantumcomputers
