Zelfs kwantumcomputers kunnen profiteren van zelfverbetering

Toen Albert Einstein voor het eerst kwantumverstrengeling beschreef in 1935, gebruikte hij termen als “spookachtig” vanwege het vreemde gedrag. Het is hoogst onwaarschijnlijk dat hij zich ooit kon voorstellen dat deze vreemde deeltjes de ruggengraat van een kwantumcomputerrevolutie zouden worden.

Destijds was de kwantumfysica anders dan alles wat de wereld eerder had gezien, en het blijft een geavanceerde wetenschap met het potentieel om de wereld zoals je die kent te hervormen. Vandaag blijven kwantumcomputers de grenzen van technologie verleggen en vormen ze een cruciaal onderdeel bij het bevorderen van het wereldwijde begrip van kwantumverstrengeling.

Wat zijn kwantumcomputers en hoe werken ze?

Veel mensen zien kwantumapparaten als de toekomst van supersnelle berekeningen. Deze krachtige machines kunnen zelfs de meest geavanceerde supercomputers met orders van grootte overtreffen. Hun verbeterde prestaties en mogelijkheden komen voort uit het feit dat deze apparaten gebruikmaken van kwantumbits, qubits genaamd, in plaats van traditionele computerbits.

Qubits bieden veel meer rekenkracht omdat ze het unieke gedrag van de kwantumfysica benutten. Handelingen zoals superpositie, verstrengeling en kwantuminterferentie kunnen computers creëren met veel grotere mogelijkheden dan traditionele systemen.

Begrijpen van kwantumverstrengeling in moderne computing

Indrukwekkend kunnen kwantumcomputers zulke hoge prestaties leveren dankzij de opbouw van qubits en kwantumverstrengeling. Kwantumverstrengeling verwijst naar een uniek fenomeen waarbij twee deeltjes met elkaar verbonden blijven, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn.

Zelfs lichtjaren afstand scheiden kwantumverbonden qubits niet. Opmerkelijk is dat deeltjes die in kwantumverstrengeling verklemd zijn niet onafhankelijk kunnen worden beschreven, omdat hun toestand wordt gedeeld door alle verstrengelde deeltjes.

Hoe wordt kwantumverstrengeling vandaag gedetecteerd? Huidige methoden uitgelegd

Een van de grootste obstakels om kwantumcomputers toegankelijker te maken, is dat het extreem moeilijk kan zijn om kwantumverstrengeling te detecteren. De huidige methode maakt gebruik van de Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) benadering, geïntroduceerd in 1969. Deze benadering kan verstrengeling detecteren door inconsistenties te vinden tussen kwantumvoorspellingen en lokaal realisme.

Laatste doorbraken in kwantumcomputing: 2025 update

De CHSH-methode is jarenlang de standaardbenadering geweest voor kwantumcomputer‑ingenieurs. Recente AI‑ontwikkelingen hebben echter adaptieve, op machine learning gebaseerde methoden voor verstrengelingsdetectie populairder gemaakt. Ingenieurs hebben krachtige neurale netwerken gecreëerd die beter kwantumtoestanden kunnen monitoren en classificeren als verstrengeld of scheidbaar.

Beperkingen van de huidige kwantumcomputers en hoe wetenschappers ze overwinnen

Een van de belangrijkste problemen met de meest geavanceerde kwantumcomputers van vandaag heeft te maken met de detectie van verstrengelde deeltjes. Deze systemen, zoals CHSH, kunnen nooit een nauwkeurige meting bereiken omdat de observatiemethode bewezen heeft sommige kwantumtoestanden te verstoren en te vernietigen.

Ironisch genoeg kan kwantumverstrengeling deeltjes over hele melkwegstelsels verbinden, maar is het zelf zeer fragiel. Wanneer CHSH‑instrumenten worden gebruikt om een kwantumtoestand te meten en lokale metingen op ruimtelijk scheidbare subsystemen uit te voeren, veroorzaakt dit onbedoeld de ineenstorting van de globale golf‑functie over een groot deel van het systeem.

Nieuwe studie: hoe kwantumcomputers hun eigen verstrengeling kunnen detecteren

De studie “Detecting and protecting entanglement through nonlocality, variational entanglement witness, and nonlocal measurements“,¹ gepubliceerd in Physical Review Letters, belicht een betere manier om te detecteren wanneer kwantumverstrengeling is bereikt. In plaats van te vertrouwen op een AI‑algoritme, introduceerden ingenieurs van de Tohoku‑universiteit en St. Paul’s School, Londen, een kwantum‑aangedreven optie.

Dit is het eerste kwantumalgoritme dat in staat is verstrengeling te detecteren zonder enige schade te veroorzaken. De ingenieurs stellen dat hun nieuwe niet‑lokale meetkader, variational entanglement witness (VEW) genoemd, kwantumcomputers in staat stelt zelfchecks uit te voeren op hun kwantumtoestand.

Wat is variational entanglement witness (VEW) in kwantumcomputing?

Het variational entanglement witness‑protocol begint met het analyseren van elke toestand met behulp van het eigen kwantumalgoritme. Dit nieuwe systeem houdt rekening met gegevens die zijn verkregen uit een geparametriseerde witness‑operator en combineert deze met eventuele CHSH‑ongelijkheden.

Deze aanpak stelt het systeem in staat de deeltjes te scheiden in twee categorieën, verstrengeld en scheidbaar. In tegenstelling tot eerdere benaderingen maakt deze methode geoptimaliseerde verstrengelingsdetectie mogelijk zonder degradatie van verstrengelde deeltjes in het observatiegebied.

Bron – Tohoku University

Testen van kwantumcomputers: hoe VEW verstrengeling behoudt

Om hun theorie te testen, begonnen de ingenieurs met supergeleidende chips. Het doel van deze actie was het simuleren van de niet‑lokale meting en het beoordelen van de toestand van de kwantum‑qubits na de meting om de behoud van verstrengeling in de geoptimaliseerde gebieden te bevestigen. De tests omvatten zowel laboratoriumexperimenten als computersimulaties.

De ingenieurs concludeerden dat hun nieuwe methode de betrouwbaarheid van verstrengelingsdetectie in alle opzichten verbetert. Het presteerde consequent beter dan eerdere methoden, inclusief AI‑ondersteunde opties, en optimaliseert de efficiëntie bij het onderscheiden van scheidbare en verstrengelde toestanden.

Keenly, the test demonstrates that the method can take detailed measurements without causing any wave function collapse. As such, it will be crucial in future technological discoveries and research where monitoring the quantum state of these particles is crucial to success.

Waarom VEW ertoe doet: voordelen voor de toekomst van kwantumtechnologie

Er zijn verschillende voordelen die deze kwantumcomputing‑studie naar de markt brengt. Ten eerste stelt het ingenieurs en onderzoekers in staat verstrengelingseigenschappen nauwkeurig te meten en te beoordelen zonder de kwantum‑golf‑functie te laten instorten. Daardoor is het veel betrouwbaarder en nauwkeuriger dan alle huidige opties.

Praktische toepassingen van kwantumcomputers en wat er daarna komt

Er zijn veel toepassingen voor deze technologie. Ten eerste zal kwantumcomputing deze technologie integreren om haar aanbod en mogelijkheden te verbeteren. Momenteel zijn kwantumcomputers enorm duur vanwege hun precisie‑ en onderhoudskosten.

Zo vereisen kwantumcomputers een zeer intensief koelsysteem om te functioneren. Deze systemen kunnen geoptimaliseerd worden met behulp van de gegevens uit deze studie, aangezien de nieuwe detectiemethode ingenieurs in staat stelt de effecten van het systeem op verstrengeling beter te volgen.

Kwantumcommunicatie: realtime verbindingen met verstrengelde deeltjes

De kwantumcommunicatiesector heeft het potentieel om communicatie te revolutioneren. Omdat kwantumdeeltjes in een verstrengelde toestand met elkaar verbonden zijn, vormen ze een perfect communicatiemiddel. In de toekomst zal kwantumcommunicatie ingenieurs en ruimtevaarders in staat stellen bijna realtime te communiceren, ongeacht afstand en eventuele natuurlijke interferentie.

Kwantumcryptografie: de toekomst van onbreekbare beveiliging

Kwantumcryptografie maakt gebruik van kwantumfysica om cryptografische vereisten te vervullen. De kracht van deze geavanceerde systemen heeft de mogelijkheid om huidige encryptiemethoden overbodig te maken. Momenteel kijken ingenieurs naar kwantumcomputing‑opties voor zowel encryptie als het kraken van bestaande cryptografiemethoden.

De dreiging die kwantumcomputers vormen voor traditionele encryptiesystemen is zeer reëel. Er bestaan al cryptocurrencies die specifiek zijn gebouwd met kwantum‑bescherming in hun code, als een manier om de munten toekomstbestendig te maken tegen nieuwe kwantum‑hackingmethoden.

Tijdlijn van kwantumcomputers

Er moet nog veel werk worden verricht om deze nieuwe kwantumtechnologie te integreren in de geavanceerde computers van vandaag. Het kan 10+ jaar duren voordat je een betaalbare persoonlijke kwantumcomputer in handen krijgt.

Ondanks de wachttijd voor commerciële toepassingen, zou je deze technologie direct kunnen zien worden ingezet door overheden, legers en anderen die hun begrip van kwantumverstrengeling willen verdiepen.

Ontmoet de onderzoekers achter de kwantumverstrengelingsdoorbraak

De kwantumcomputing‑studie werd gepresenteerd door assistent‑professor Le Bin Ho van het Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences en de Graduate School of Engineering aan de Tohoku‑universiteit. Hij werd bijgestaan door Haruki Matsunaga en andere ingenieurs van de Tohoku‑universiteit en St. Paul’s School, Londen.

Toekomstplannen

Nu het team de effectiviteit van hun algoritme heeft bewezen, is hun volgende doel de prestaties te verbeteren. Indrukwekkend is dat de onderzoekers al zijn begonnen met het fijn afstemmen van het algoritme om de verstrengelingsdetectiecapaciteit te vergroten.

Topbedrijven die kwantumcomputing in 2025 vooruit helpen

De race om betaalbare en betrouwbare kwantumcomputers te creëren is begonnen. Grote bedrijven zoals Microsoft en NVIDIA domineren deze sector en hebben miljoenen geïnvesteerd in het ontwikkelen van deze high‑end rekenapparaten.

Opmerkelijk is dat de geavanceerde aard van de technologie onvermijdelijk de deur opent voor kleinere bedrijven om een opkomende aanwezigheid op de markt te worden. Hier is één dergelijk bedrijf dat recent veel aandacht heeft gekregen

IonQ Inc

IonQ Inc. (IONQ ) trad in 2015 de markt binnen. Opmerkelijk is dat de oprichters van het bedrijf, Christopher Monroe en Jungsang Kim, bijna 25 jaar in het veld van kwantummechanica hadden gewerkt. Deze ervaring stelde het bedrijf in staat zeer snel de sector te betreden en een van de toonaangevende kwantumcomputing‑onderzoekers ter wereld te worden.

Vandaag heeft de in Maryland gevestigde fabrikant van kwantumcomputers activiteiten en klanten over de hele wereld. Ze hebben hoge‑niveau contracten ondertekend, waaronder een contract van $54,5 miljoen met het U.S. Air Force Research Lab. De overeenkomst verplicht IonQ tot het creëren van infrastructuur voor toekomstige kwantumsystemen.

Sinds de lancering heeft IonQ verschillende hoog‑niveau investeerders en industrie‑professionals aangetrokken. Opmerkelijk is dat in 2019 Peter Chapman van Amazon Prime werd benoemd tot CEO. Sindsdien heeft het bedrijf strategische partnerschappen gesloten met Azure, Google Cloud en Microsoft, om er maar een paar te noemen.

Degenen die op zoek zijn naar een betrouwbaar en bewezen kwantumcomputer‑aandeel zouden meer onderzoek moeten doen naar IONQ. Het track‑record van het bedrijf en de voortdurende investeringen in zijn netwerk en producten hebben ertoe geleid dat de meeste analisten een sterke “Buy”‑rating toekennen.

Laatste nieuws over IonQ Inc.

Waarom de kwantumcomputing‑revolutie alles verandert

De introductie van kwantumcomputers is een belangrijke stap voor de mensheid. Het zal de deur openen naar meer geavanceerde AI‑systemen en ingenieurs in staat stellen simulaties en onderzoek op een geheel nieuw niveau uit te voeren.

Al deze factoren maken deze studie tot een game‑changer. Het team achter dit onderzoek verdient dan ook een hulde voor hun inzet en harde werk. Het legt de basis voor de volgende computationele revolutie.

Leer nu over andere coole doorbraken in computers nu.

Gerefereerde studies:

^{1. Matsunaga, H., & Ho, L. B. (2025). Detectie en bescherming van verstrengeling via niet‑lokaliteit, variationale verstrengelingsgetuige, en niet‑lokale metingen. Physical Review Research, 7(1), 013239. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.7.013239}