Een nieuwe vorm van materie, een nieuw type computer
Quantum computing klinkt vaak als een concept dat rechtstreeks uit een sciencefictionfilm komt. Maar met Microsofts recente aankondiging van de Majorana 1 chip zou een echte revolutie wel eens dichterbij kunnen zijn dan we denken. Satya Nadella, voorzitter en CEO van Microsoft, gaat zelfs zo ver om deze doorbraak te beschrijven als de creatie van een geheel nieuwe toestand van materie, voorbij de drie klassieke vormen die we kennen: vast, vloeibaar en gas.
«De meesten van ons leerden dat er drie toestanden van materie waren: vast, vloeibaar en gas. Vandaag de dag is dat veranderd.
...Na bijna 20 jaar onderzoek hebben we een geheel nieuwe toestand van materie gecreëerd, mogelijk gemaakt door een nieuwe klasse materialen, topogeleiders, die een fundamentele sprong voorwaarts in computers mogelijk maken.»
- Satya Nadella, voorzitter en CEO van Microsoft
Wat betekent dit concreet? Het betekent dat we in de buurt komen van een generatie kwantumcomputers die in staat zijn om problemen op te lossen die op dit moment zelfs voor de krachtigste supercomputers ontoegankelijk zijn. Deze vooruitgang zou kunnen leiden tot grote doorbraken op gebieden als gezondheidszorg, farmaceutisch onderzoek, kunstmatige intelligentie, logistiek en vele andere.
Waarom kwantumcomputing een revolutie is
Laten we, voordat we de Majorana 1 chip in detail gaan verkennen, eerst eens kijken waarom kwantumcomputing een game-changer is:
- Klassieke computers Bits: gebruik bits (0 of 1) om informatie op te slaan.
- Kwantumcomputers Deze maken gebruik van qubits, die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen zijn, een fenomeen dat superpositie wordt genoemd. Qubits kunnen ook ingewikkeld zijn, wat betekent dat ze elkaar ogenblikkelijk kunnen beïnvloeden.
Dankzij deze eigenschappen kunnen kwantumcomputers bepaalde berekeningen exponentieel sneller uitvoeren dan conventionele computers. Het probleem? Qubits zijn extreem kwetsbaar en de kleinste verstoring kan fouten veroorzaken.
Deze kwetsbaarheid is een van de belangrijkste obstakels voor de bouw van echt functionele kwantumcomputers op grote schaal. Dit is precies waar Microsofts benadering, gebaseerd op topogeleiders en Majorana-deeltjes, een doorbraak zou kunnen betekenen.
Majorana 1 in het kort
De chip Majorana 1 van Microsoft is een kwantumprocessor (ook wel Quantum Processing Unit of QPU genoemd) gebouwd op een topologische kern. Het introduceert :
- Topgeleiders een nieuwe klasse materialen ontworpen om Majorana-deeltjes te huisvesten.
- Majorana-deeltjes exotische kwantumtoestanden die de qubits op natuurlijke wijze beschermen tegen interferentie van buitenaf.
Ingebouwde stabiliteit
In tegenstelling tot klassieke kwantumsystemen, die massale foutcorrectie vereisen, is het doel van Majorana qubits om fouten op hardwareniveau te verminderen. Stel je een huis voor dat zo is ontworpen dat het van nature waterdicht is in plaats van dat er steeds water uitgepompt moet worden.
“De qubits die met topogeleiders zijn gemaakt, zijn sneller, betrouwbaarder en kleiner. Ze meten 1/100ste van een millimeter, waardoor we ons een processor met een miljoen qubits kunnen voorstellen.” - Satya Nadella
Op het gebied van kwantum is de overgang van een paar qubits naar een miljoen een vooruitgang die vergelijkbaar is met de overgang van een enkele plas water naar een hele oceaan. Als Microsoft slaagt, zou quantumcomputing eindelijk een technologie met echte impact kunnen worden.
Volgens CNBC, Microsoft mikt op een gigantische sprong voorwaarts in schaalbaarheid, met een routekaart die voorziet in een uitbreiding van de chip tot een miljoen qubits. Deze schaal zal de wereld van quantum computing veranderen.
Waarom topologische qubits essentieel zijn
Vandaag de dag werken de meeste quantumcomputers met enkele tientallen of enkele honderden qubits. Dit is indrukwekkend, maar niet genoeg om complexe problemen op te lossen, zoals het modelleren van moleculen voor medisch onderzoek of het optimaliseren van toeleveringsketens.
Belemmeringen voor uitbreiding
- Hoge foutpercentages Traditionele qubits zijn erg gevoelig voor verstoringen.
- Complexe architectuur Hoe meer qubits je toevoegt, hoe moeilijker het is om het systeem te stabiliseren.
De oplossing van Microsoft
Door foutbescherming direct in het ontwerp van qubits op te nemen, zouden topologische qubits de noodzaak voor massale foutcorrectie kunnen verminderen, waardoor het gemakkelijker wordt om een kwantumprocessor van een miljoen qubits te bouwen.
Vergelijking: Microsoft vs Google
| Criteria | Google (supergeleidende qubits) | Microsoft (topologische qubits) |
|---|---|---|
| Progressieve verbeteringen | Constante verfijning van supergeleidende schakelingen | Nieuwe architectuur met innovatieve materialen |
| Foutcorrectie | Grote behoefte aan correctiealgoritmen | Hardwarefouten verminderen |
| Materialen | Traditionele supergeleiders | Topgeleiders (indium-arsenide en aluminium) |
| Langetermijnvisie | Vooruitgang in fasen | Doel: bepaalde huidige beperkingen vermijden |
Een wereldwijde impact
Als Microsoft erin slaagt om Majorana 1 op grote schaal in te zetten, zou dit verschillende industrieën kunnen transformeren:
- Gezondheid Moleculaire simulaties om de zoektocht naar nieuwe medicijnen te versnellen.
- AI en machinaal leren Verbetering van patroonherkenning en combinatorische optimalisatie.
- Cryptografie Nieuwe vormen van beveiliging die bestand zijn tegen kwantumaanvallen.
- Logistiek Optimalisatie van toeleveringsketens en transport.
- Klimaatmodellering Nauwkeurigere weersvoorspellingen.
De toekomst van quantum computing begint vorm te krijgen en de ontwikkelingen van Microsoft zouden wel eens een beslissende katalysator kunnen zijn.
