De ‘lichtkwantumcomputter’ van de onderzoekers (afb: Hansen Zhong)

Met een fotonische kwantumcomputer zouden Chinese onderzoekers in 200 seconden een berekening hebben uitgevoerd waar een ‘gewone’ digitale supercomputer 2,5 miljard jaar voor nodig zou hebben gehad. Is het dan toch waar dat kwantumcomputers het onmogelijke mogelijk maken of gaat het slechts om een beperkt aantal toepassingen? Het lijkt er op dat de Chinezen vals hebben gespeeld en een kwamtumcomputer hebben gesimuleerd…
Een onderzoeksgroep in China beweert werkelijk de suprematie van de kwantummechanische toepassing in een computer te hebben aangetoond, anders dan de magere poging die Google daartoe heeft gedaan. Ze gebruikten daarbij laserlicht om berekeningen te maken die wiskundig gezien onmogelijk zouden zijn op digitale computers.
“We hebben aangetoond dat we fotonen kunnen gebruiken om te demonstreren dat de rekenkracht van een kwantumcomputer ver boven die van een klassieke computer ligt”, zegt Jian-Wei Pan van de universiteit van Hefei. Volgens hem is de berekening (het zogeheten bosonverdelingsprobleem) niet alleen krachtpatserij, maar zou ook toepassingen hebben in de (daar gaan we weer) grafentheorie, de kwantumscheikunde en (hoe kan het ook anders) zelflerende systemen. Volgens Ian Walmsley van het Imperial College in Londen is het experiment een krachttoer maar ook een belangrijke mijlpaal.
Dat bosonverdelingsprobleem dat in 2011 is beschreven door Scott Aaronson en Alexei Archipov en gaat om de berekening van de verdeling van bosonen; elementaire deeltjes waartoe ook fotonen (lichtdeeltjes) behoren. De waarschijnlijkheid ergens een boson aan te treffen op een bepaalde plaats kan berekend worden met een vergelijking met vele onbekenden, schrijft Nature, maar volgens deze leek (=as) is dat onmogelijk (daarvoor heb je een aantal vergelijkingen nodig dat, dacht ik even groot is als het aantal onbekenden).

Je schijnt NP-moeilijke problemen te hebben, maar dit bosonplaatsbepalingsprobleem schijnt nog een pikheetje groter te zijn: #P. Daarbij stijgt het aantal oplossingen exponentieel met het aantal variabelen. Aaronson en Archipov toonden aan dat het, hoogstwaarschijnlijk, onmogelijk is een klassieke afsnit te maken om die berekening alsnog te kunnen maken (op ordinaire rekentuigen, dan).

Geen brute kracht

En kwantumcomputer zou zich niet hoeven verlagen tot brute rekenkracht. Die zou het kwantumproces direct kunnen simuleren door de bosonen onderling te laten wisselwerken om de verdeling te ‘berekenen’. Zoals gezegd gebruikten de Chinese onderzoekers lichtdeeltjes als ‘rekeneenheden’ (‘kwantumbits’). Anders dan bij veel andere kwantumbits kan dat gewoon bij kamertemperatuur worden gedaan. De informatie ‘codeerden’ ze in de ruimtelijke positie en de polarisatietoestand van de fotonen (zo begrijp ik het; as).
Die lichtdeeltjes (‘kwantumbits’) konden met elkaar wisselwerken waardoor er een fotonverdeling ontstond die de uitkomst moest voorstellen. Daarbij gebruikten de onderzoekers lichtsensoren die een enkel foton konden detecteren. Je zou bijna zeggen dat je in die ‘kwantumcomputer’ het experiment uitvoert. Inderdaad

Volgens Walmsley is de pretentie van kwantumsuprematie terecht. Christian Weedbrook van lichtkwamtumcomputerspruit Xanadu in Canada heeft grote bezwaren. Anders dan de Sycamore van Google is deze laseropzet niet programmeerbaar (dus eigenlijk geen computer). “Die kan niet gebruikt worden voor praktische problemen.” Verder heeft hij een rotsvast vertrouwen in lichtkwantumcomputers. Die zullen, te zijner tijd, de klassieke computers in het stof doen bijten… Waarvan akte.

Bron: Nature