Kwantumcomputing bereikt onvoorwaardelijke exponentiële versnelling

Wat eerder alleen op papier werd uitgedrukt, is nu in actie gedemonstreerd.De belofte van kwantumcomputing is in werkelijkheid gerealiseerd, omdat ze exponentieel en onvoorwaardelijk sneller zijn dan klassieke computers¹.

Hiervoor gebruikte een team van onderzoekers, onder leiding van Daniel Lidar, een professor in Elektrotechniek en Informatica aan de USC Viterbi School of Engineering, slimme foutcorrectie en de krachtige 127-qubit-processors van IBM, waardoor ze een variatie van Simons probleem konden aanpakken, en zo aantoonden dat kwantummachines nu losbreken van klassieke beperkingen.

Hoe Kwantumcomputing Klassieke Limieten en Ruis Overwint

Gedurende decennia is klassieke computing de norm geweest.

In recente jaren heeft kwantumcomputing echter een significante ontwikkeling doorgemaakt.

Kwantumcomputing maakt gebruik van de principes van kwantumtheorie (die de aard en het gedrag van materie en energie op atomaire en subatomaire niveaus verklaart) om de berekeningsnelheden aanzienlijk te verhogen.

Met behulp van kwantumfysica heeft kwantumcomputing als doel om problemen op te lossen die te complex zijn voor de klassieke computers die we dagelijks gebruiken.

Het behalen van een echte algoritmevoorsprong op klassieke computers is een van de belangrijkste doelen van kwantumcomputing om toekomstige doorbraken in chemie, cryptografie, optimalisatie en andere gebieden mogelijk te maken.

Dit vereist echter gespecialiseerde kwantumcomputing-hardware en algoritmen die gebruikmaken van kwantumeigenschappen zoals superpositie en verstrengeling.

Bovendien is ruis een groot probleem voor kwantumcomputers.

Het aantonen van een algoritmevoorsprong op klassieke computers op de huidige imperfecte en lawaaierige kwantumhardware blijft een uitdaging.

Ontwerpers zijn begonnen met het verkennen van nieuwe oplossingen zoals NISQ-machines, maar deze lawaaierige tussenliggende schaal-kwantum (NISQ) apparaten zijn functioneel op een relatief kleine schaal van enkele honderden qubits.

Bovendien zijn ze gevoelig voor prestatieverslechtering als gevolg van decoherentie (het verlies van kwantumcoherentie, wat een verlies van informatie van een systeem naar zijn omgeving betekent) en besturingsfouten.

De focus ligt op het versnellen van algoritme-kwantum op deze apparaten, wat eenvoudigweg een schaalvoorsprong is.

Terwijl verschillende van deze soorten demonstraties zijn gemaakt, was de complexiteit van de problemen die in hen zijn gekozen afhankelijk van de moeilijkheid van een beperkte set klassieke algoritmen of computationele complexiteitsvermoedens.

Onlangs is een algoritme-kwantumversnelling getoond die niet afhankelijk is van onbewezen veronderstellingen in het orakelmodel.

Dit werd getoond voor een Bernstein-Vazirani-algoritme, dat werd waargenomen toen het op een IBM Quantum-processor werd geplaatst met ongewenste ruis geëlimineerd door middel van dynamische ontbinding (DD), een veelvoorkomende foutonderdrukkingsmethode voor NISQ-apparaten.

Nu gaat het onderzoeksteam van de University of Southern California het probleem van ruis aan door een variatie van Simons probleem te implementeren.

Dit is een bekend voorbeeld waarin, in theorie, kwantumalgoritmen een taak exponentieel sneller kunnen oplossen dan hun klassieke tegenhangers, onvoorwaardelijk.

Onvoorwaardelijke Kwantumversnelling Bereiken

Om echt nieuwe materialen te ontdekken, codes te breken en nieuwe medicijnen te ontwerpen met behulp van kwantumcomputers door berekening te versnellen, moeten ze functioneel zijn.

Maar zoals we hierboven vermeldden, staat ruis of fouten in de weg.

Fouten die tijdens berekeningen op een kwantummachine worden gegenereerd, maken kwantumcomputers zelfs minder krachtig dan klassieke computers.

Tot nu toe.

Lidar van USC heeft gewerkt aan kwantumfoutcorrectie en heeft een kwantumexponentiële schaalvoorsprong aangetoond op de cloud.

Dit werd gedetailleerd in het artikel ‘Demonstratie van algoritme-kwantumversnelling voor een Abeliaans verborgen subgroepprobleem’, waarin Lidar samenwerkte met medewerkers van USC en Johns Hopkins.

“Er zijn eerder demonstraties geweest van meer bescheiden soorten versnellingen, zoals een polynomiale versnelling.

– Lidar

De belangrijkste doorbraak voor kwantumcomputing, volgens Lidar, is het aantonen dat we daadwerkelijk hele algoritmen kunnen uitvoeren met een schaalvoorsprong ten opzichte van onze algemene computers.

Maar zoals hij verduidelijkte, betekent dit niet dat je dingen 100 keer sneller kunt doen.

Maar wat schaalvoorsprong betekent, is dat “als je de grootte van een probleem verhoogt door meer variabelen toe te voegen, de kloof tussen de kwantum- en klassieke prestaties blijft groeien.

En een exponentiële versnelling betekent dat de prestatiekloof ongeveer verdubbelt voor elke extra variabele”, legde Lidar uit.

Hij verklaarde vervolgens dat de versnelling die het team heeft getoond “onvoorwaardelijk” is.

Nu, wat dit betekent, is dat de versnelling niet afhankelijk is van onbewezen veronderstellingen.

Eerdere claims over versnelling vereisten de veronderstelling dat er geen beter klassiek algoritme is om het kwantumalgoritme tegen te benchmarken.

Het team hier gebruikte een algoritme dat ze hadden aangepast voor de kwantumcomputer om een variatie van “Simons probleem” op te lossen.

De Weg Naar Kwantumutiliteit Paven

Met kwantumcomputers die aanzienlijke voordelen bieden in gebieden zoals logistiek, materiaalwetenschap, financiële modellering, AI en cybersecurity door kwantummechanische fenomenen te benutten om complexe problemen op te lossen, ziet de markt significante bijdragen en groei.

De gemeenschap is ook begonnen te laten zien hoe kwantumprocessors hun klassieke tegenhangers kunnen overtreffen in gerichte taken.

“Ons resultaat toont aan dat de kwantumcomputers van vandaag al stevig op de kant van een schaal-kwantumvoorsprong liggen”, zei Lidar, die ook professor is in Scheikunde en Natuurkunde aan de USC Dornsife College of Letters, Arts and Science en medeoprichter is van Quantum Elements, een bedrijf dat de weg vrijmaakt voor kwantumutiliteit op grote schaal en gebruikers verbindt met kwantumcomputers.

Een paar maanden geleden rapporteerde het team van Quantum Elements het bereiken van een doorbraak².

Hun nieuwe techniek, logische dynamische ontbinding, tackelt logische fouten, een constante uitdaging in kwantumcomputing.

Het team toonde aan hoe deze specifieke weg fouten voorkomt die traditionele foutcorrectiecodes niet kunnen aanpakken, en dit alles met een beperkte qubit-voetafdruk.

Ze combineerden foutcorrectie met logische dynamische ontbinding, waardoor het team de geloofwaardigheid van verstrengelde logische qubits aanzienlijk kon verbeteren, en praktische kwantumtoepassingen nog dichter bij de werkelijkheid bracht.

Met het laatste onderzoek zei Lidar: “de kwantumprestatievoorsprong wordt steeds moeilijker te betwisten”, aangezien de prestatiescheiding niet kan worden omgekeerd omdat de aangetoonde exponentiële versnelling “onvoorwaardelijk” is.

De studie toont een onomstotelijk algoritme-kwantumvoorsprong voor een beperkte Hamming-gewicht (HW) versie van het probleem met behulp van twee verschillende IBM Quantum-processors.

De onderzoekers vonden een verbeterde kwantumversnelling toen de berekening werd beschermd door DD.

Het gebruik van MEM verhoogde de schaalvoorsprong verder.

MEM en dynamische koppeling werden gebruikt voor foutonderdrukking en aangepast om het probleem aan te passen aan echte kwantumapparaten.

Ze hielpen bij het behouden van kwantumcoherentie en het verbeteren van de nauwkeurigheid ondanks de beperkingen van de hardware.

Met hun experimenten hebben de onderzoekers NISQ-algoritmen dichter bij een demonstratie van een kwantumversnelling via Shors algoritme gebracht en benadrukten het belang van kwantumfoutonderdrukkingsmethoden in een dergelijke demonstratie.

Het aantonen van een exponentiële versnelling bij het oplossen van het probleem op echte kwantumhardware, volgens de onderzoekers, is “een belangrijke mijlpaal voor het veld”.

Behalve dat het de kloof tussen theorie en praktijk overbrugt, benadrukken hun resultaten ook de groeiende mogelijkheden van de huidige kwantumprocessors.

De studie vermeldde:

“Naarmate de hardware blijft verbeteren, baant onze aanpak de weg voor nog krachtigere demonstraties van kwantumvoorsprong in de nabije toekomst.”

Ondanks alles zijn er nog geen praktische toepassingen van de technologie buiten het winnen van gokspellen.

Dit is eigenlijk waar voor andere doorbraken in het veld.

“We hebben een ChatGPT-moment nodig voor kwantum”, zei Francesco Ricciuti, een associate bij VC-firma Runa Capital, tegen CNBC begin december, toen Google een nieuwe chip aankondigde die een belangrijke doorbraak in kwantumcomputing markeert.

Google’s kwantumchip heet Willow, die 105 qubits heeft en volgens de fabrikant fouten “exponentieel” kan reduceren naarmate het aantal qubits toeneemt.

Dit “crackt een sleuteluitdaging in kwantumfoutcorrectie die het veld bijna 30 jaar heeft nagestreefd”, zei Hartmut Neven, oprichter van Google Quantum AI.

Willow voerde een berekening uit die voor de snelste supercomputers van vandaag 10 septillion jaar zou duren, in minder dan vijf minuten.

“Ze proberen een echt hoog probleem voor normale computers te definiëren dat ze kunnen oplossen met kwantumcomputers.

Het is geweldig dat ze dat kunnen doen, maar het betekent niet echt dat het nuttig is”, zei Ricciuti destijds.

Zelfs Google zei dat hun RCS-benchmark “geen bekende praktische toepassingen” heeft en de “wetenschappelijk interessante simulaties van kwantumsystemen” die ze hebben gedaan en die tot nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen hebben geleid, “nog steeds binnen het bereik van klassieke computers liggen”.

Het technologiebedrijf werkt echter aan het betreden van het domein van algoritmen die niet alleen buiten het bereik van klassieke computers liggen, maar ook “nuttig zijn voor praktische, commercieel relevante problemen”.

Eerder dit jaar zei Julian Kelly, directeur van hardware bij Google Quantum AI, dat we “ongeveer vijf jaar verwijderd zijn van een echte doorbraak, een soort praktische toepassing die je alleen kunt oplossen op een kwantumcomputer”.

Nvidia CEO Jensen Huang gelooft ook dat kwantumcomputing “buitengewone impact” kan hebben, maar merkte op dat de technologie “insanely complicated” is.

Volgens Lidar “moet er nog veel meer werk worden gedaan voordat kwantumcomputers kunnen claimen een praktisch, real-world probleem op te lossen”.

En dat zou een versnelling vereisen die niet afhankelijk is van orakels die het antwoord van tevoren kennen.

Bovendien zouden we significante vooruitgang moeten boeken in methoden om decoherentie en ruis verder te reduceren.

Toch, door een exponentiële versnelling te demonstreren, wat eerder alleen een “op papier beloofde” kwantumcomputer was, hebben onderzoekers een belangrijke mijlpaal bereikt, die het waard is om te vieren.

Investeren in Kwantumtechnologie

Met kwantumcomputers die een grote sprong voorwaarts maken in rekenkracht, ontwikkelen verschillende laboratoria, universiteiten, bedrijven en overheidsinstanties over de hele wereld kwantumcomputingtechnologie.

Dus, als het gaat om beleggingsmogelijkheden, hebben we Amazon (AMZN ), Intel (INTC ), en Microsoft (MSFT ) onder andere actief het domein verkennend.

Maar vandaag zullen we een kijkje nemen naar de beleggingsmogelijkheden van IBM (IBM ), een pionier in kwantumhardware.

International Business Machines Corporation (IBM )

De 127-qubit-processors van IBM werden gebruikt in het USC-experiment zelf.

Het was eind november 2021 dat IBM voor het eerst deze processor aankondigde, genaamd Eagle, die volgde op zijn 65-qubit ‘Hummingbird’-processor die in 2020 werd gelanceerd en de 27-qubit ‘Falcon’-processor een jaar eerder.

USC is eigenlijk een IBM Quantum Innovation Center, terwijl Quantum Elements een startup is in het IBM Quantum Network.

Voor gerichte inspanningen op het gebied heeft het bedrijf een speciaal platform, IBM Quantum, dat ertoe strekt de eerste grote, fouttolerante kwantumcomputer te bouwen.

Het technologiebedrijf streeft ernaar een systeem te leveren dat 100 miljoen poorten op 200 logische qubits nauwkeurig kan uitvoeren tegen 2029.

Met dit systeem zal IBM “de eerste haalbare weg vrijmaken om de volledige kracht van kwantumcomputing te benutten”.

IBM bouwt deze kwantumcomputer, genaamd “Starling”, op zijn campus in New York, en deze zal een diepe, foutgecorrigeerde schakeling ondersteunen.

Volgens zijn roadmap plaatst het bedrijf ook een nieuwe IBM Quantum Nighthawk-processor later dit jaar.

Laatst maand implementeerde het een Quantum System Two in een onderzoekscentrum in Japan.

En deze week nam de technologiegigant deel aan de financieringsronde van $26 miljoen van startup Qedma, waarbij de CEO verwacht dit jaar “met vertrouwen te demonstreren dat de kwantumvoorsprong hier is”.

Qedma is al beschikbaar via de Qiskit Functions Catalog van IBM, waardoor kwantum toegankelijk wordt voor eindgebruikers.

Terwijl het leidt in kwantumtechnologie, is het bedrijf voornamelijk bekend om zijn cloud-, AI- en consultingdeskundigheid, die het levert via de Software-, Consulting- en Infrastructuursegmenten.

Als we naar de marktprestaties van IBM kijken, worden de aandelen van het bedrijf met een marktkapitalisatie van $268,6 miljard op het moment van schrijven verhandeld tegen $289, een stijging van 30,85% sinds het begin van het jaar.

De aandelen van IBM hebben een leuke tijd gehad, met prijzen die in de afgelopen drie jaar met 145% zijn gestegen, terwijl het bedrijf zichzelf profileert als de leverancier van next-generation enterprise-tech.

Het heeft een EPS (TTM) van 5,85, een P/E (TTM) van 49,81 en een ROE (TTM) van 21,95%.

Het dividendrendement dat beschikbaar is voor aandeelhouders is een aantrekkelijk 2,31%.

Wat de financiële prestaties betreft, rapporteerde IBM een stijging van 1% in de omzet tot $14,5 miljard in het eerste kwartaal van 2025.

De GAAP-brutowinstmarge was 55,2% en de niet-GAAP-brutowinstmarge was 56,6%.

De netto kasstroom uit operationele activiteiten was $4,4 miljard, terwijl de vrije kasstroom $2 miljard bedroeg.

CEO Arvind Krishna schreef de omzet, winstgevendheid en vrije kasstroom die de verwachtingen overtroffen toe aan “sterke vraag naar generatieve AI”, waarbij IBM “bullish blijft over de langetermijngroei-kansen voor technologie en de mondiale economie”.

Laatste IBM-aandelen nieuws en ontwikkelingen

Conclusie

Het demonstreren van een algoritme-kwantumversnelling, een die schaalt met de grootte van het probleem, is cruciaal om de bruikbaarheid van kwantumcomputers te vestigen.

Dus de demonstratie van een onvoorwaardelijke, exponentiële versnelling markeert een keerpunt in kwantumcomputing, waaruit blijkt dat de apparaten van vandaag los kunnen breken van klassieke beperkingen.

Deze prestatie van onderzoekers breidt de reikwijdte van kwantumversnellingen voor orakelalgoritmen aanzienlijk uit, breidt de grens van empirische kwantumvoorsprongresultaten uit en wijst op praktisch relevante algoritmen die eindelijk binnen bereik liggen.

Al met al is de reis van kwantumcomputers naar praktische, alledaagse toepassingen nog steeds in volle gang, met voortdurende verbeteringen om de volledige kracht van kwantumtechnologie te ontsluiten!

Klik hier voor een lijst van top kwantumcomputingbedrijven.

Studies Referenced:

1. Singkanipa, P.; Kasatkin, V.; Zhou, Z.; Quiroz, G.; Lidar, D. A. Demonstration of Algorithmic Quantum Speedup for an Abelian Hidden Subgroup Problem. Phys. Rev. X 2025, 15 (2), 021082. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.021082

2. Vezvaee, A.; Tripathi, V.; Morford-Oberst, M.; Butt, F.; Kasatkin, V.; Lidar, D. A. Demonstration of High-Fidelity Entangled Logical Qubits using Transmons. arXiv 2025, arXiv:2503.14472. https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.14472