Opstijgen met Heron en Condor: De nieuwste ontwikkelingen in quantumcomputers

IBM heeft zojuist aangekondigd de nieuwste doorbraak in haar missie om commerciële en praktische quantumcomputers werkelijkheid te maken – een processor met meer dan 1.000 qubits genaamd ‘Condor’ en een op foutcorrectie gerichte processor genaamd ‘Heron’.

Quantumcomputers vertegenwoordigen een nieuwe benadering van machinale berekening. Door het gebruik van qubits die superpositie en verstrengeling mogelijk maken, hebben quantumcomputers het potentieel om sneller en complexere berekeningen uit te voeren dan de klassieke bits die in meer traditionele computers worden gebruikt. In tegenstelling tot traditioneel rekenen, waarbij bits ofwel 0 of 1 vertegenwoordigen, kunnen qubits in quantumcomputing beide toestanden gelijktijdig vertegenwoordigen. Belangrijk is dat dit quantumcomputing complementair maakt aan klassieke computing in plaats van een vervanging; het blinkt uit in taken zoals moleculaire simulaties en systeemoptimalisaties, terwijl klassieke computing beter geschikt is voor alledaagse taken.

Het is vanwege de soorten taken waarin quantumcomputing moet uitblinken dat de technologie zo geprezen wordt. Een computer die complexe berekeningen vele orders van grootte sneller kan uitvoeren dan zijn traditionele tegenhangers, is de moeite waard om te ontwikkelen, aangezien de toepassingsgebieden de potentie hebben de wereld en ons begrip ervan te veranderen.

IBM’s Heron en Condor

Met haar aankondiging heeft IBM aanzienlijke stappen gezet in quantumcomputing door twee geavanceerde quantumprocessoren te lanceren: Heron en Condor.

De Heron-processor, die wordt gebruikt in het ibm_torino quantum‑systeem, vormt een sprong voorwaarts met zijn 133 vaste‑frequentie‑qubits en afstelbare koppelaars, en levert een 3‑5‑voudige prestatieverbetering ten opzichte van de eerdere 127‑qubit Eagle‑processoren. Deze vooruitgang elimineert praktisch gezien ‘cross‑talk’ (ongewenste interactie of interferentie tussen qubits) en legt de basis voor toekomstige hardware‑ontwikkeling. Opmerkelijk is dat IBM deze chips al inzet in haar ‘modular-architecture’ Quantum System Two‑computatieplatform.

Aan de andere kant is de Condor-processor, een supergeleidend quantum‑processor met 1.121 qubits, evenzo een opmerkelijke innovatie. Hij verhoogt de qubit‑dichtheid met 50 %, integreert vooruitgang in qubit‑fabricage en bevat meer dan een mijl aan hoogdichte cryogene bedrading binnen één verdunningskoelkast (een apparaat dat wordt gebruikt om extreem lage temperaturen te bereiken, doorgaans dicht bij het absolute nulpunt). De prestaties van Condor zijn vergelijkbaar met die van de eerdere 433‑qubit Osprey‑processor van het bedrijf, wat een belangrijke mijlpaal betekent in schaalvergroting en het informeren van toekomstige hardware‑ontwerpen in quantumcomputing.

Deze ontwikkelingen van IBM zijn cruciaal voor het verleggen van de grenzen van quantum‑bruikbaarheid en het voortschrijden naar quantum‑centrische supercomputers.

Toepassingen en beperkingen

Zoals eerder vermeld, worden quantumcomputers zo geprezen vanwege hun potentieel om ons begrip van vrijwel elk wetenschapsgebied aanzienlijk te bevorderen. Hieronder staan slechts enkele voorbeelden.

Geneeskunde: In de geneeskunde zou quantumcomputing de geneesmiddelenontdekking kunnen revolutioneren door het gedrag van moleculen op kwantumniveau te simuleren. Dit maakt nauwkeurigere voorspellingen mogelijk van hoe potentiële geneesmiddelen met het menselijk lichaam kunnen interageren, waardoor de ontwikkeling van nieuwe medicatie wordt versneld en de kosten worden verlaagd.

Meteorologie: Voor de meteorologie zouden quantumcomputers enorme hoeveelheden weerdata efficiënter kunnen analyseren dan klassieke computers. Dit zou leiden tot nauwkeurigere weervoorspellingen en een beter begrip van klimaatverandering, wat helpt bij het beperken van natuurrampen en het plannen van landbouwstrategieën.

Complexe probleemoplossing: Quantumcomputing zou problemen kunnen aanpakken die momenteel onoplosbaar zijn voor klassieke computers, zoals het optimaliseren van grote systemen voor logistiek en toeleveringsketens, of het oplossen van ingewikkelde wiskundige vraagstukken. Dit heeft brede implicaties voor diverse sectoren, waaronder transport, energie en financiën.

Het is ook belangrijk te erkennen dat we niet kunnen weten wat we ons niet kunnen voorstellen. Dat betekent dat er talloze onverwachte doorbraken mogelijk zullen zijn dankzij de mogelijkheden die deze technologie op een dag biedt.

“Quantumcomputing is de toekomst van computing. Het zal nieuwe mogelijkheden openen voor wetenschappelijke ontdekkingen en technologische vooruitgang die we ons vandaag nog niet kunnen voorstellen.” – Arvind Krishna, Chairman and CEO of IBM, in an interview with CNBC

Aangezien quantumcomputers zo’n monumentale technologische prestatie vertegenwoordigen, is het geen verrassing dat er al aanzienlijke obstakels en beperkingen bestaan die in de loop der tijd overwonnen moeten worden. Zo kampt quantumcomputing momenteel met uitdagingen op het gebied van foutcorrectie, schaalbaarheid en het ontwikkelen van praktische algoritmen.

Na verloop van tijd zullen er onvermijdelijk andere hindernissen opduiken, die voorheen onverwacht waren vanwege een rudimentair maar groeiend begrip van de quantummechanica. De complexiteit en het potentieel van de kwantumfysica werd benadrukt in het volgende citaat.

“Als je denkt dat je quantummechanica begrijpt, begrijp je quantummechanica niet.” – Richard Feynman, Nobelprijswinnaar in de natuurkunde

Zoals het er nu voor staat, betekenen deze beperkingen dat quantumcomputers nog niet klaar zijn voor grootschalig gebruik. Met de recente vooruitgangen wijzen optimistische tijdlijnen op nog een decennium voordat dit het geval is.

Onderwijs en de toekomstige quantum‑computing arbeidsmarkt

In de afgelopen decennia leek quantumcomputing zo ver in de toekomst te liggen dat er weinig cursussen over werden gegeven. Nu, nu een toekomst waarin ze daadwerkelijk in gebruik komen, begint zich te vormen, neemt de behoefte om de volgende generatie wetenschappers en ingenieurs die deze vooruitgang zullen voortzetten te trainen alleen maar toe. Als gevolg hiervan bieden veel universiteiten nu gespecialiseerde cursussen en programma’s in quantumcomputing aan om een vaardige arbeidsmarkt voor dit opkomende vakgebied voor te bereiden.

• The Institute for Quantum Computing at the University of Waterloo is een opvallend voorbeeld, dat academisch onderzoek combineert met een drang om technologie te commercialiseren. Gefinancierd door Mike Lazaridis, de oprichter van BlackBerry (BB ), heeft het ongeveer 296 onderzoekers in dienst en heeft het meer dan 1.500 onderzoekspapers gepubliceerd.
• University of Oxford heeft een lange geschiedenis in quantumcomputing, met significante bijdragen aan het vakgebied, waaronder de eerste werkende pure‑state NMR‑quantumcomputer.
• Harvard University’s Harvard Quantum Initiative richt zich op het bevorderen van de wetenschap en engineering van quantumcomputers en hun toepassingen, ter voorbereiding op wat zij de “tweede quantumrevolutie” noemen.
• MIT’s Center for Theoretical Physics duikt diep in quantum‑informatie en quantumcomputing, en onderzoekt quantum‑algoritmen, quantum‑informatietheorie en de experimentele realisatie van quantumcomputers.
• National University of Singapore and Nanyang Technological University’s Centre for Quantum Technologies en University of California Berkeley’s Center for Quantum Information and Computation zijn ook pioniers in quantum‑computing onderwijs, met een focus op onderzoek en ontwikkeling van quantum‑apparaten.
• University of Maryland’s Joint Quantum Institute werkt samen met grote instellingen zoals NIST en LPS, en voert uitgebreide onderzoeksprogramma’s uit die gericht zijn op het beheersen en benutten van quantum‑systemen.

Industrie‑spelers die quantumcomputing vooruit helpen

Terwijl de bovengenoemde scholen de volgende generatie quantumcomputing‑specialisten opleiden, banen de volgende enkele bedrijven momenteel de weg naar deze toekomst.

1.  International Business Machines Corporation

IBM Prijsgrafiek

IBM is al lange tijd een leider in de ontwikkeling van quantumcomputers. Het bedrijf streeft ernaar quantumcomputing‑ontwikkeling te democratiseren via initiatieven zoals Qiskit Patterns. IBM heeft ook haar roadmap uitgebreid voor het bereiken van grootschalige, praktische quantumcomputing, met focus op nieuwe modulaire architecturen en netwerken die quantum‑systemen met honderdduizenden qubits mogelijk kunnen maken, essentieel voor praktische quantum‑toepassingen.

2.  Microsoft Corporation

MSFT Prijsgrafiek

De inspanningen van Microsoft (MSFT ) op het gebied van quantumcomputing zijn gericht op cloudintegratie en samenwerking. Het bedrijf heeft quantummachines met de hoogste quantum‑volumes in de industrie geïntroduceerd op Azure Quantum, inclusief partnerschappen met IonQ, Pasqal, Quantinuum, QCI en Rigetti. Deze integratie vergemakkelijkt experimenten en vormt een stap richting geschaalde quantumcomputing. Microsoft benadrukt het belang van een wereldwijd ecosysteem om het volledige potentieel van quantumcomputing te realiseren en is van plan haar quantummachine als cloudservice via Azure aan te bieden, waarbij veilig en verantwoord gebruik van deze opkomende technologie wordt gewaarborgd.

3.  Alphabet Inc.

GOOGL Prijsgrafiek

Alphabet (GOOG ) heeft via haar Google Quantum AI‑lab aanzienlijke vooruitgang geboekt in quantumcomputing. In 2023 kondigden Google‑wetenschappers een belangrijke mijlpaal aan in het verminderen van de foutenmarge in quantumcomputing, een langdurige uitdaging in het vakgebied. Hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, beschrijft een systeem dat de foutenmarge aanzienlijk kan verlagen en foutcorrigerende codes kan implementeren die fouten kunnen detecteren en herstellen zonder de informatie te compromitteren. Eerder, in 2019, beweerde Google “quantum supremacy” te hebben bereikt met haar Sycamore‑machine, die een berekening uitvoerde in 200 seconden die een conventionele supercomputer 10.000 jaar zou kosten, waarmee het potentieel van quantumcomputing wordt aangetoond om complexe problemen op te lossen die ver buiten de mogelijkheden van traditionele computers liggen.

Conclusie

Quantumcomputing vertegenwoordigt een baanbrekende sprong in de wereld van computing, met het potentieel om een hele reeks vakgebieden te revolutioneren. Terwijl de recente vooruitgangen van IBM met de Heron‑ en Condor‑quantumprocessoren aanzienlijke voortgang betekenen richting praktische quantumcomputing, blijft de technologie aanzienlijke uitdagingen ondervinden op het gebied van foutcorrectie, schaalbaarheid en algoritme‑ontwikkeling – wat de noodzaak onderstreept voor voortgezet onderzoek en innovatie.

Hoewel deze uitdagingen blijven bestaan, biedt quantumcomputing de belofte om mogelijkheden te ontsluiten die we ons vandaag nog niet kunnen voorstellen, en zo een nieuw tijdperk van wetenschappelijke ontdekkingen en technologische vooruitgang inluidt. Het volledige potentieel ontvouwt zich nog, en de impact op diverse industrieën en de maatschappij belooft diepgaand te zijn.