De race om quantum computing te benutten heeft zojuist een grote versnelling gekend. Google heeft onlangs een belangrijke doorbraak aangekondigd met behulp van de Willow-kwantumchip en een nieuwe methode genaamd het Quantum Echoes-algoritme. Deze prestatie brengt het veld dichter bij wat onderzoekers ‘praktisch kwantumvoordeel’ noemen. Dit laatste is het punt waarop kwantumcomputers betekenisvolle problemen uit de echte wereld kunnen oplossen die simpelweg onmogelijk zijn voor de beste klassieke supercomputers om binnen een redelijke tijd af te handelen.
Het experiment van Google omvatte een complexe natuurkundige simulatie. Het meet een subtiel kwantumfenomeen dat bekend staat als de tweede orde out-of-time-order correlator (OTOC). Volgens Google voerde het kwantumapparaat de berekening ruim 13.000 keer sneller uit dan de Frontier-supercomputer. Frontier wordt momenteel gerangschikt als ’s werelds krachtigste klassieke machine. Om dat in perspectief te plaatsen: de taak kostte de kwantumchip iets meer dan twee uur, terwijl de supercomputer naar schatting 3,2 jaar ononderbroken gebruik nodig zou hebben gehad.
Quantum Echoes: Google demonstreert kwantumtoepassingen uit de echte wereld
De sleutel tot deze snelheid is het Quantum Echoes-algoritme zelf. De techniek maakt gebruik van de unieke eigenschappen van qubits – het kwantumequivalent van binaire bits – die in meerdere toestanden tegelijk kunnen bestaan.
Het proces is conceptueel eenvoudig. Het team stuurt een specifiek signaal naar het kwantumsysteem (de Willow-chip), introduceert een kleine verstoring en voert vervolgens de hele signaalevolutie terug in de tijd. Terwijl de evolutie omkeert, creëren de kwantumgolven een moment van ‘constructieve interferentie’. Dit vergroot de resulterende “echo”, waardoor de uiteindelijke meting ongelooflijk gevoelig wordt. De output laat zien hoe informatie zich verspreidt en interageert in het kwantumsysteem.
Deze aanpak is krachtig omdat het resultaat verifieerbaar is. In tegenstelling tot sommige eerdere demonstraties van kwantumsnelheid kan de uitvoer van het Quantum Echoes-algoritme worden herhaald op andere vergelijkbare kwantumcomputers en, nog belangrijker, kunnen worden vergeleken met fysieke experimenten uit de echte wereld.
Een moleculaire heerser voor de wetenschap
Om het praktische nut van deze methode aan te tonen, werkte Google samen met onderzoekers van de University of California, Berkeley. Ze pasten het Quantum Echoes-algoritme toe om de structuur van twee verschillende moleculen te bestuderen.
Ze vergeleken de kwantumresultaten met die van Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopie. NMR is een methode die momenteel wordt gebruikt in de chemie (en de wetenschap achter MRI-technologie). De gegevens uit beide systemen zijn perfect op elkaar afgestemd. Cruciaal is dat de Quantum Echoes-techniek erin slaagde structurele informatie te extraheren die standaard NMR-methoden doorgaans niet kunnen onthullen, en effectief optrad als een ‘moleculaire heerser’ met ongekende precisie.
Volwaardige kwantumcomputers die de geneeskunde en de materiaalkunde volledig kunnen revolutioneren, hebben nog steeds hardware nodig met miljoenen zeer stabiele qubits. Google is echter van mening dat deze algoritmische doorbraak een grotere stap is. Het bedrijf blijft optimistisch en voorspelt dat de eerste echte kwantumtoepassingen binnen de komende vijf jaar zouden kunnen verschijnen. Dit onderzoek wijst op een toekomst waarin kwantummachines ook nuttig kunnen zijn voor wetenschappelijke ontdekkingen, en niet alleen voor complexe snelheidstests.
