Quantumcomputer lost in 15 minuten probleem op waar klassieke computers op vastlopen

In dit artikel:

Onderzoekers van IBM en de University of Chicago hebben een quantumcomputer een berekening laten uitvoeren die voor de beste bekende klassieke simulatiemethoden praktisch onhaalbaar is. De machine deed daar ongeveer vijftien minuten over. Het experiment is bovendien belangrijk omdat de onderzoekers een statistische ondergrens konden vaststellen voor de betrouwbaarheid van het resultaat, zonder de volledige berekening klassiek na te rekenen.

Voor de demonstratie gebruikten ze 97 fysieke qubits, waarmee een berekening met 70 logische qubits werd uitgevoerd. Logische qubits worden opgebouwd uit meerdere fysieke qubits om fouten door verstoringen en imperfecte quantumpoorten te beperken. De onderzoekers ontwierpen gestructureerde circuits die moeilijk te simuleren zijn, maar tegelijk signalen bevatten waarmee fouten kunnen worden opgespoord. Na selectie op zulke signalen werden de effectieve fouten volgens hen met een factor tien verminderd. Met 95 procent statistische zekerheid stelden ze voor de uiteindelijke quantumtoestand een minimale fidelity van 0,284 vast; dat is geen perfecte score, maar wel een meetbare ondergrens voor de betrouwbaarheid.

Het onderzoek richt zich op het aantonen van zogenoemd quantum advantage: een taak uitvoeren die klassieke computers praktisch niet aankunnen. Dat betekent niet dat quantumcomputers nu in het algemeen sneller zijn dan laptops, servers of supercomputers. Het gaat om een specifiek, bewust gekozen probleem. Juist bij zulke complexe berekeningen is controle lastig, omdat een klassieke computer die het antwoord eenvoudig kan verifiëren de berekening kennelijk ook zelf zou kunnen uitvoeren.

De resultaten verschenen eind juli als preprint op arXiv en zijn nog niet door vakgenoten beoordeeld. IBM en de onderzoekers hebben hun circuits en resultaten openbaar gemaakt, zodat andere groepen de claims kunnen testen en vergelijken met verbeterde klassieke simulatiemethoden. De methode kan vooral van belang worden voor toekomstige quantumprocessors, omdat een groot rekenvoordeel weinig betekenis heeft als de betrouwbaarheid van de uitkomst niet kan worden vastgesteld.