Tweet

De kwantumcomputer kan veel - op een enkel terrein /2 reacties

Heliumisotopen

Zoals gezegd is de boze, woeste buitenwereld een groot probleem voor de kwantumcomputer. Al die onvoorstelbaar kleine qubitjes mogen niet gestoord worden. Dat betekent, onder veel meer, dat die kwantumelementen zeer goed afgeschermd moeten worden van de buitenwereld. Dat doe je, onder meer, door de qubits op zeer lage temperaturen te houden. Paauw: “Wij werken hier met millikelvins, enkele duizendsten graden boven het absolute nulpunt van – 273,2 graden Celsius.” Die lage temperaturen bereik je door te werken met mengsels van heliumisotopen Helium-3 en Helium-4.

Verval

Er is technisch nóg een groot probleem: decoherentie (zeg maar verval). Wanneer een qubit in aanraking komt met zijn (macroscopische) omgeving zal de qubit niet meer 0 én 1 zijn , maar 0 óf 1! Daarmee wordt de ‘rekenkracht’ van een kwantumcomputer tenietgedaan. Vroeg of laat zal een bepaalde superpositie toch wel vervallen, maar het gaat erom dat de superpositie lang genoeg blijft bestaan om je berekeningen te kunnen uitvoeren. Dan praten we over decoherentietijden in de orde van 10 tot de -9de seconden tot seconden. De twee in Delft tot een CNOT-poort gekoppelde qubits blijven ongeveer 20 nanoseconden bestaan (0,00000002 s). Genoeg om een aantal schakelingen van elk 3 nanoseconden uit te voeren. Verbazingwekkend zoals veel aan de kwantumcomputer. Erg betrouwbaar was die Delftse kwantumpoort nog niet. Die lag op 40%.
Pessimisten denken dat bij het aan elkaar koppelen van een aantal qubits er al zoveel decoherentie zal ontstaan dat het eenvoudigweg nooit mogelijk zal zijn ooit een functionele kwantumcomputer te bouwen. Eén van de allergrootste uitdagingen voor de bouwers van kwantumcomputers is dan ook om decoherentie zo lang mogelijk te rekken.

D-Wave

Terwijl er op academische schaal wereldwijd door wetenschappers nog stevig wordt gestoeid met de weerbarstige kwantumwerkelijkheid, zegt het bedrijf D-Wave uit het Canadese Vancouver een kwantumcomputer te hebben gebouwd met 16 qubits, de Orion.
Op een demonstratie in het Computer History Museum in het Californische Mountain View begin 2007, liet ontwerper Geordie Rose de lijfelijk of via internet aanwezige gretige toehoorders/-kijkers zien dat de Orion een sudoku kon oplossen, de beste tafelschikking vindt bij een bruiloft en verschillende eiwittenparen uit een databestand bij elkaar zoekt.
Rose zegt het eerste commerciële bedrijf te zijn dat gebruikmaakt van kwantummechanica in een computer, maar vele kwantumonderzoekers betwijfelen of dat wel zo is.

RF Squids

D-Wave laat zich niet in de kaart kijken. Het zou gaan om een zogeheten adiabatische kwantumcomputer die werkt met, naar Paauw vermoedt, RF Squids (RadioFrequente Supergeleidende QUantumInterferentie ‘Dingetjes’) als qubits. “Zoiets als de supergeleidende ringetjes waar wij mee werken. Dat zou je kunnen afleiden uit het microscoopplaatje dat D-Wave heeft gepubliceerd. De schaal daarvan is echter zo groot dat je alleen maar de bedrading en contactvlakken ziet, maar niet de chips.” Paauw vraagt zich af of zo’n systeem iets extra’s oplevert.

Weinig wol

De critici uit de wetenschappelijke wereld waren ook extra wantrouwig, omdat in Californië ‘Orion’ zelf niets te zien was. De zaal in het museum was verbonden met de computer in Vancouver. De Wolf :”Het is natuurlijk een bedrijf dat op zoek is naar investeerders. De academische gemeenschap is zeer skeptisch omdat D-Wave nauwelijks details geeft. Veel geschreeuw en weinig wol. Ze zeggen ook dat ze in een paar jaar die computer zullen opschalen van 16 qubits naar enkele honderden en daar geloof ik helemaal niks van.
Maar het positieve is dat dit soort dingen aangeven dat er belangstelling is voor de kwantumcomputer. Het is mooi dat dit gebeurt, maar ik wilde dat ze eerlijker zouden zijn. Aan de andere kant kan het ook een negatieve uitstraling hebben als blijkt wat D-Wave beweert allemaal humbug is. En ik heb al gezegd dat de kwantumcomputer geen panacee is, terwijl D-Wave beweert met de kwantumcomputer processen te kunnen optimaliseren in industriële bedrijven. Je kunt, zoals gesteld, alleen een versnelling verwachten bij problemen met een heel specifieke structuur. Uiteindelijk blijkt kwantummechanica qua computationele kracht helemaal niet zo ver van de klassieke mechanica af te staan als gedacht wordt”.

1024 qubits

Wordt het dan nog wat met die kwantumcomputer en zo ja, wanneer dan? Geordie Rose van D-Wave is bijzonder optimistisch. Het is zijn streven dat zijn Orion tegen het einde van 2008 zo’n 1024 qubits heeft. David Deutsch, een van de grondleggers van de theorie van de kwantumcomputer en als kwantumfysicus werkzaam bij het Centrum voor Kwantumrekenen aan het Clarendon-laboratorium in Oxford, zei al in 2000 in een interview met Filliz Peach in Philosophy Now: “Ik ben geen experimentator, maar ik ben bijzonder onder de indruk van wat men nu al voor elkaar krijgt. Ze verplaatsen atomen en afzonderlijke fotonen, bewerkstelligen interacties en meten met een uitzonderlijke precisie. En die mensen zijn optimistisch over de mogelijkheden een kwantumcomputer te bouwen. We zitten nu al op 3 tot 4 qubits (in 2007 zo’n 8, afgezien van wat D-Wave beweert; as). Maar we hebben wel een paar honderd qubits nodig om iets mee te kunnen.”

Wondermachine

De eerste tien jaar zal er nog zeker geen wondermachine zijn, verwacht Dominik Zumbühl van het Nanoscience-instituut van de universiteit van Bazel, die nauw samenwerkt met de Delftse onderzoeksgroep. Hij schat dat het nog wel zeker tien jaar zal duren voor we een kwantummachine hebben die de klassieke computer met stukken slaat. Op een paar terreinen dan.