Jim Clark, directeur quantumhardware bij Intel, met een van de quantumprocessors van het bedrijf. Foto; Intel
- Kwantumcomputers zijn een uiterst opwindende technologie die de belofte in zich draagt krachtige computermogelijkheden te creëren om voorheen hardnekkige problemen op te lossen.
- Experts zeggen dat IBM het voortouw heeft genomen op het gebied van quantum computing, en daarom staan Google, Intel, Microsoft en een groot aantal startups onder zijn invloed.
- Investeerders voelen zich aangetrokken tot startups op het gebied van quantumcomputers, waaronder IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems en Rigetti, die de markt zouden kunnen ontwrichten.
- Er zit echter een addertje onder het gras: moderne kwantumcomputers zijn over het algemeen niet zo krachtig of betrouwbaar als de hedendaagse supercomputers, en ze vereisen ook speciale voorwaarden om op te starten en op te starten.
In januari maakte IBM furore toen het de IBM Q System One aankondigde, 's werelds eerste kwantumcomputer die beschikbaar is voor bedrijven. Het apparaat was gehuisvest in een slanke glazen behuizing met een volume van 9 kubieke voet.
Dit is een belangrijke mijlpaal voor kwantumcomputers, die nog steeds in onderzoekslaboratoria staan. Volgens IBM zijn kopers al op zoek naar de technologie, die veelbelovend is op verschillende gebieden: chemie, materiaalkunde, voedselproductie, lucht- en ruimtevaart, medicijnontwikkeling, aandelenmarktvoorspellingen en zelfs klimaatverandering.
IBM Q Systeem Eén. Foto: IBM
De reden voor de opwinding is dat een kwantumcomputer schijnbaar magische eigenschappen heeft waardoor hij exponentieel meer informatie kan verwerken dan een conventioneel systeem. Een kwantumcomputer is niet alleen een zeer snelle computer; preciezer gezegd, het is een compleet ander computerparadigma dat een radicale heroverweging vereist.
De winnaar van de technologierace zal het bedrijf zijn dat profiteert van de kansen die deze technologie biedt. IBM, Microsoft, Google en andere technologiegiganten, maar ook startups, wedden op deze technologie.
Business Insider vroeg IBM Q Strategy and Ecosystem Vice President Bob Sutor hoe deze systemen toegankelijk kunnen worden gemaakt voor mensen: hoe zullen mensen er toegang toe krijgen? Hoe kunnen veel mensen kwantumcomputers leren gebruiken om hun taken uit te voeren?
De kans is klein dat we binnenkort kwantumcomputers op kantoor tegenkomen. Deskundigen met wie we spraken, zijn van mening dat het, ondanks dat het beschikbaar is voor IBM, nog vijf tot tien jaar zal duren voordat quantum computing echt mainstream wordt. IBM Q System One is momenteel alleen beschikbaar als cloud computing-service voor geselecteerde klanten. Het zal nog enige tijd duren voordat mensen zoiets kunnen kopen en voor hun eigen doeleinden kunnen gebruiken.
Deskundigen zeggen inderdaad dat kwantumcomputers veelbelovend zijn, maar dat ze verre van massaproductie zijn. Ze zijn uiterst kwetsbaar en vereisen speciale omstandigheden om te kunnen werken. Bovendien zijn kwantumcomputers tegenwoordig niet zo betrouwbaar of krachtig als de computers die we al hebben.
“Wij geloven dat een kwantumcomputer over ongeveer tien jaar jouw leven of dat van mij zal veranderen”, zegt Jim Clark, directeur kwantumhardware bij Intel, tegen Business Insider. — In feite zijn we nu pas in de eerste mijl van de marathon. Dat betekent niet dat we ons er geen zorgen over maken."
Wat is een kwantumcomputer?
Bill Gates zei ooit dat de wiskunde achter kwantum zijn begrip te boven ging, maar niet iedereen was het daarmee eens.
“Het is een beetje een misvatting dat kwantumfysica natuurkunde is en dat het te ingewikkeld is”, vertelt Chris Monroe, CEO en mede-oprichter van IonQ, aan Business Insider. “Wat het voor veel mensen onbegrijpelijk maakt, is dat het onbegrijpelijk is, maar voor mij is het net zo onbegrijpelijk als voor jou.” Als iets zich in een superpositie kan bevinden, betekent dit dat het zich tegelijkertijd in twee toestanden kan bevinden. Het is vreemd omdat we dit in de echte wereld niet meemaken."
De computers die we gebruikten geven gegevens weer als een reeks van 1-en of 0-en, genaamd binaire code. Een kwantumcomputer kan gegevens echter weergeven als 1, 0 of, belangrijker nog, beide getallen tegelijkertijd.
Wanneer een systeem zich tegelijkertijd in meer dan één toestand kan bevinden, wordt dit ‘superpositie’ genoemd, een van de schijnbaar magische eigenschappen van kwantumcomputers. Het andere sleutelprincipe hier is ‘verstrengeling’, een kwantumeigenschap die ervoor zorgt dat twee deeltjes perfect synchroon kunnen bewegen, ongeacht hoe ver ze fysiek van elkaar gescheiden zijn.
Zoals uitgelegd in Scientific American worden deze twee kwaliteiten gecombineerd om een computer te creëren die veel meer gegevens tegelijkertijd kan verwerken dan welk systeem dan ook dat momenteel op de markt is.
De kracht van een kwantumcomputer wordt gemeten in qubits, de basiseenheid van een kwantumcomputer. Net zoals moderne computers 32-bits of 64-bits processors hebben (een maatstaf voor de hoeveelheid gegevens die ze tegelijk kunnen verwerken), heeft een kwantumcomputer met meer qubits aanzienlijk meer verwerkingskracht.
Binnenin een kwantumcomputer. Foto: IBM
De lucht is de limiet
Dit alles betekent dat een kwantumcomputer problemen kan oplossen die voorheen beperkt werden door rekenkracht.
Een kwantumcomputer zou bijvoorbeeld op ruwe wijze het beroemde handelsreizigersprobleem kunnen oplossen, een complex rekenprobleem waarbij de kortste route tussen meerdere steden moet worden gevonden voordat hij naar huis terugkeert. Het klinkt eenvoudig, maar als je het wiskundig bekijkt, wordt het vinden van het enige optimale pad moeilijker naarmate je meer steden aan de route toevoegt.
Op dezelfde manier zou een kwantumcomputer de lastigste en meest tijdrovende problemen kunnen oplossen, door enorme hoeveelheden financiële, farmaceutische of klimaatgegevens te doorzoeken om optimale oplossingen te vinden. Kwantumstartup D-Wave werkt al samen met Volkswagen om rijpatronen te analyseren en enorme hoeveelheden lawaai te doorzoeken om de zaken tot op de bodem uit te zoeken.
Het nut ervan op het gebied van cryptografie wordt besproken. Een kwantumcomputer is in staat een encryptiemethode te beheersen die anders is dan een eerder bekend cijfer, waardoor hij zelfs staatsgeheimen gemakkelijk kan ontcijferen. Er bestaat grote belangstelling van mondiale overheden voor deze nuttige functie, terwijl activisten vrezen dat de komst van quantum computing de privacy zou kunnen vernietigen.
Natuurkunde probleem
“Omdat quantum computing zich nog in de beginfase bevindt, is er veel informatie die nog steeds niet bewezen is”, zegt Matthew Briss, vice-president R&D bij Gartner. “Maar kopers zijn al op zoek naar toepassingen om de concurrentievoordelen van quantum computing voor hun bedrijf te bepalen”, zegt hij.
Ondanks alle hype zijn experts van mening dat kwantumcomputers nog lang niet zo toonaangevend zijn als pc's in de jaren vijftig. Natuurlijk winnen ze aan momentum, maar langzaam.
“Kwantumcomputing kan worden vergeleken met een langzaam rijdende trein”, zegt Brian Hopkins, vice-president en hoofdanalist bij Forrester, tegen Business Insider. “Als hij één centimeter per seconde beweegt, zal hij over een maand al vijf centimeter per seconde passeren.” Binnenkort zal hij sneller gaan bewegen."
Het grote probleem is nu dat een kwantumcomputer niets kan doen wat een klassieke computer niet kan. De industrie kijkt uit naar een moment dat quantum suprematie wordt genoemd, waarin quantumcomputers de huidige beperkingen zullen overschrijden.
“Als klanten bij ons komen, is het belangrijkste dat ze ons vertellen dat het ze niet uitmaakt welk model het is, zolang het maar nuttig is voor hun bedrijf”, zegt analist Briss. — Er bestaat geen model dat klassieke algoritmen kan overtreffen. We moeten echt wachten tot de quantumcomputerhardware begint te verbeteren.”
IBM Research-collega Katie Pooley onderzoekt de cryostaat die kwantumcomputers helpt hun temperaturen laag te houden. Foto: Andy Aaron, IBM
Het grote probleem blijft het gebrek aan rekenkracht. Aangenomen wordt dat voor quantum suprematie een computer nodig is met een vermogen van 50 qubits. Hoewel deze mijlpaal in het laboratorium is bereikt, is deze niet blijvend en kan deze niet worden volgehouden. Qubits kunnen zowel onderhevig zijn aan fouten als instabiel zijn, wat leidt tot problemen bij het genereren ervan en hun potentieel vermindert.
Een andere belangrijke factor is meer materiaal. Kwantumcomputers moeten volledig geïsoleerd zijn van hun omgeving om te kunnen functioneren en vereisen zeer lage temperaturen. Zelfs de kleinste trillingen kunnen ervoor zorgen dat qubits instorten, waardoor ze uit hun superpositie raken, net zoals een kind dat op een tafel klopt ervoor zorgt dat draaiende munten op de tafel vallen.
Eerdere kwantumcomputers, zoals de IBM Q System One, zijn zo omvangrijk dat de noodzakelijke isolatie- en koelingsomstandigheden een echte uitdaging worden. Dit probleem wordt nog verergerd door een tekort aan noodzakelijke componenten: supergeleidende kabels en lagetemperatuurkoelkasten. Ze kampen met een ernstig tekort.
Uiteindelijk betekent dit dat, hoewel de kennis verbetert en de technologie vooruitgaat, quantum computing nog steeds niet praktisch haalbaar is.
"Een van de uitdagingen in mijn werkgroep is het manipuleren van materialen, silicium en metalen, zodat we een zeer homogene omgeving kunnen creëren", aldus Clark van Intel. - Dit is eigenlijk de beste halfgeleidertechnologie. De technologieën die we nodig hebben om quantum computing op grote schaal te creëren, bestaan nog niet.”
Een ander probleem is dat kwantumcomputers het onmiskenbare potentieel hebben om onvoorziene rekenkracht te leveren. Er zijn echter niet veel mensen op deze wereld die daadwerkelijk ervaring hebben met het programmeren of bedienen van deze systemen, en potentiële kopers zijn gefascineerd als ze proberen uit te vinden hoe ze het daadwerkelijk kunnen gebruiken.
Het grote kwantumras
Analisten zeggen dat IBM momenteel de quantumcomputerrace leidt dankzij de beperkte commerciële beschikbaarheid van de IBM Q System One. Omdat deze toegankelijk is via de cloud, kan IBM deze speciale voorwaarden handhaven om deze kwantumcomputer te laten functioneren en tegelijkertijd geselecteerde klanten de mogelijkheid te bieden deze te gebruiken.
“Ik denk dat [de kwantumcomputer van IBM] aan het rocken is”, zegt analist Briss. “Ik denk dat het quantum computing as a service-model het juiste model is.” Door het in een container te stoppen en specifiek te behandelen, proberen ze echt de kwaliteit ervan te verbeteren.”
Sarah Sheldon en Pat Gumann van IBM werken aan een oplossingskoelkast die kwantumcomputers koelt. Foto: IBM
Tegelijkertijd merken analisten op dat elke speler op deze markt op elk moment een doorbraak kan hebben waardoor hij vooruit kan komen, en dat dit nog steeds een noodzakelijke rivaliteit is.
Verschillende IT-giganten benaderen dit probleem verschillend. Intel, IBM, Google en quantum computing-startup Rigetti bouwen systemen op basis van supergeleidende circuits, aangedreven door de modernste supercomputers.
hanteert een geheel andere en wellicht riskantere aanpak bij het creëren van een betere qubit. De topologische qubit die Microsoft probeert te maken, fragmenteert elektronen om informatie op meerdere plaatsen tegelijk op te slaan, waardoor deze stabieler wordt en minder vatbaar voor vernietiging. Het is minder robuust dan wat de concurrenten proberen te bouwen, maar het resultaat zou een grote stap voorwaarts zijn voor het hele veld van quantum computing, aldus analist Hopkins.
"Ze zijn aan het gokken en veel mensen denken dat ze nooit zullen slagen", zei Hopkins.
Aan de meer avontuurlijke kant wedden startups als IonQ en D-Wave op geavanceerde technologieën zoals ion trapping en quantum gloeien. Simpel gezegd proberen ze op verschillende manieren meer prestaties en stabiliteit uit elke qubit te halen, met behulp van geheel nieuwe methoden.
“Hiermee kunnen we een kwantumcomputer bouwen die complexe problemen oplost en daarbij voortdurend vooruitgang boekt”, vertelde Mark Johnson, vice-president van processor- en kwantumproductontwerp en -ontwikkeling bij D-Wave, aan Business Insider.
Een IBM-kwantumwetenschapper loopt door het IBM Q Computing Center in het Thomas J. Watson Research Center in Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou voor IBM
Kwantum-startups
De golf van kwantumcomputing heeft geleid tot een golf van interesse van investeerders in gerelateerde startups. Robert Sutor van IBM schat dat er wereldwijd ongeveer 100 quantumsoftware-, hardware- en zelfs consultancy-startups zijn. Dit is klein vergeleken met de enorme startup-markt, maar veel groter dan voorheen.
“Ik ben al heel lang in deze ruimte, vanaf het allereerste begin”, zegt Monroe van IonQ. — Lange tijd stond het in de kinderschoenen, tot vijf tot acht jaar geleden trok het de aandacht en trok het enorme investeringen aan. Het werd duidelijk dat de tijd rijp was.”
Chris Monroe, CEO en mede-oprichter van quantum computing-startup IonQ. Foto: IonQ
Sommigen, zoals Rigetti, zijn bereid om de strijd aan te gaan met tech-titanen met hun eigen kwantumchips en geavanceerde kwantumcomputersystemen.
“Het is de kern van ons bedrijf”, zegt Betsy Masiello, vice-president product bij Rigetti, tegen Business Insider. — Er zijn veel bedrijven in de quantumruimte die werken aan softwaretoepassingen op het gebied van quantum computing. Wij produceren microchips en bouwen computersystemen.”
Matthew Kinsella, algemeen directeur van Maverick Ventures, zegt optimistisch te zijn op het gebied van kwantumcomputing. Zijn bedrijf is zo ver gegaan om te investeren in ColdQuanta, een bedrijf dat apparatuur maakt die wordt gebruikt in kwantumsystemen. Hij verwacht dat kwantumcomputers binnen vijf tot tien jaar beter zullen presteren dan de huidige systemen. Maverick Ventures gokt op de lange termijn.
“Ik geloof heel erg in quantum computing, al kan het langer duren dan verwacht voordat een quantumcomputer beter wordt dan een traditionele computer voor het oplossen van alledaagse problemen. We zullen de komende jaren waarschijnlijk de voordelen van kwantumcomputers zien bij het oplossen van kleinschalige problemen”, aldus Kinsella.
D-Wave's 2000Q Systems-laboratoria. Foto: D-Wave
Kinsella verwacht, net als de analisten waarmee we spraken, een zogenaamde ‘kwantumwinter’. Er is misschien een hype rond kwantumcomputers, maar mensen krijgen hoop, waarschuwen experts. De machines zijn nog niet perfect, en het zal nog jaren duren voordat investeerders resultaat zien.
In perspectief
Zelfs buiten de kwantumsuprematie verzekeren experts ons dat er nog steeds plaats is voor traditionele computers en supercomputers. Tot die tijd moeten er nog problemen met de kosten, de omvang, de betrouwbaarheid en de verwerkingskracht worden opgelost voordat we erover kunnen praten.
“We moeten even op adem komen”, aldus analist Briss. “Er gebeuren op dit gebied veel spannende dingen die tijd vergen.” Het is een conglomeraat van natuurkunde, informatica en, eerlijk gezegd, wetenschappelijke analyse. We zouden dit niet hoeven te onderzoeken als we alle antwoorden wisten, maar er is nog veel onderzoekswerk in het verschiet."
Rigetti-kwantumcomputer. Foto: Rigetti
Voor velen is het echter duidelijk dat dit de toekomst is. Net zoals de makers van de eerste mainframecomputer zich niet realiseerden dat dit uiteindelijk zou leiden tot meer handpalmformaat smartphones. Een kwantumcomputer zou de eerste stap kunnen zijn op een geheel nieuw pad.
Weinigen, zoals Todd Holmdahl, VP Corporate Governance bij Microsoft, zijn optimistisch genoeg om te zeggen dat dit vandaag de dag belangrijker kan zijn dan kunstmatige intelligentie en machinaal leren. Hij vertelde zijn kinderen altijd dat ze moesten doen waar ze gepassioneerd over zijn en dat ze altijd een baan in de kunstmatige intelligentie konden krijgen. Nu zal hij hetzelfde zeggen over quantum computing.
“Dit is een gebied dat zich zal ontwikkelen. We hebben mensen nodig om het te vullen en te voorkomen dat het verwelkt”, zei Holmdahl. “Het speelt een belangrijke rol in onze generatie en geeft ons de kans om in de toekomst geweldige dingen te creëren.”
Bron: www.habr.com