Een Nieuwe Vorm van Materie, Een Nieuwe Soort Informatica
Quantumcomputing lijkt vaak op een concept dat rechtstreeks uit een sciencefictionfilm komt. Toch zou, met de recente aankondiging van Microsoft over de Majorana 1-chip, een echte revolutie dichterbij kunnen zijn dan we denken. Satya Nadella, voorzitter en CEO van Microsoft, beschrijft deze vooruitgang zelfs als de creatie van een geheel nieuwe toestand van materie, die verder gaat dan de drie klassieke vormen die we kennen: vast, vloeibaar en gasvormig.
“De meesten van ons hebben geleerd dat er drie toestanden van materie bestaan: vast, vloeibaar en gas. Vandaag is dat veranderd.
…Na bijna 20 jaar onderzoek hebben we een volledig nieuwe toestand van materie gecreëerd, mogelijk gemaakt door een nieuwe klasse van materialen, topoconductoren, die een fundamentele sprong in de informatietechnologie mogelijk maken.”
— Satya Nadella, President en CEO van Microsoft
Wat betekent dit concreet?
Dit betekent dat we dichterbij een generatie quantumcomputers komen die problemen kunnen oplossen die nu onbereikbaar zijn, zelfs voor de krachtigste supercomputers. Deze vooruitgang zou kunnen leiden tot belangrijke doorbraken in gebieden zoals gezondheid, farmaceutisch onderzoek, kunstmatige intelligentie, logistiek en nog veel meer.
Waarom quantumcomputing een revolutie is
Voordat we de Majorana 1-chip in detail onderzoeken, laten we eens kijken waarom quantumcomputing zo’n gamechanger is:
- Traditionele computers: gebruiken bits (0 of 1) om informatie op te slaan.
- Quantumcomputers: gebruiken qubits, die zowel 0 als 1 tegelijkertijd kunnen zijn, een fenomeen dat superpositie wordt genoemd. Qubits kunnen ook verstrengeld zijn, wat betekent dat ze elkaar onmiddellijk kunnen beïnvloeden.
Door deze eigenschappen kunnen quantumcomputers bepaalde berekeningen exponentieel sneller uitvoeren dan welke klassieke computer dan ook. Het probleem? Qubits zijn extreem fragiel en de minste verstoring kan fouten veroorzaken.
Deze kwetsbaarheid is een van de belangrijkste obstakels bij het bouwen van werkende quantumcomputers op grote schaal. Precies hier zou Microsoft’s benadering, gebaseerd op topoconductoren en de Majorana-deeltjes, een doorbraak kunnen bieden.
Majorana 1 in het kort
De Majorana 1-chip van Microsoft is een quantumprocessor (ook wel Quantum Processing Unit of QPU genoemd) gebouwd op een topologische kern. Het introduceert:
- Topoconductoren: een nieuwe klasse van materialen die zijn ontworpen om de Majorana-deeltjes te huisvesten.
- Majorana-deeltjes: exotische kwantumtoestanden die qubits van nature beschermen tegen externe interferentie.
- Ingebouwde stabiliteit: In tegenstelling tot traditionele kwantumsystemen die enorme foutcorrecties vereisen, proberen de Majorana-qubits fouten al op hardware-niveau te verminderen.
“De qubits die zijn gemaakt met topoconductoren zijn sneller, betrouwbaarder en kleiner. Ze zijn 1/100e van een millimeter groot, waardoor we denken aan een processor met een miljoen qubits.” — Satya Nadella
In de quantumwereld is de overgang van enkele qubits naar een miljoen een vooruitgang die vergelijkbaar is met het oversteken van een plas water naar een volledige oceaan. Als Microsoft hierin slaagt, kan quantumcomputing eindelijk een technologie worden met echte impact.
Volgens CNBC mikt Microsoft op een gigantische sprong in schaalbaarheid, met een roadmap die voorziet in het uitbreiden van de chip naar een miljoen qubits. Deze schaal zou de wereld van quantumcomputing transformeren.
Waarom topologische qubits essentieel zijn
Vandaag de dag werken de meeste quantumcomputers met enkele tientallen of honderden qubits. Dat is indrukwekkend, maar niet genoeg om complexe problemen op te lossen, zoals het modelleren van moleculen voor medisch onderzoek of het optimaliseren van toeleveringsketens.
Obstakels voor uitbreiding:
- Hoge foutpercentages: Traditionele qubits zijn zeer gevoelig voor verstoringen.
- Complexe architectuur: Hoe meer qubits er aan een systeem worden toegevoegd, hoe moeilijker het wordt om het systeem te stabiliseren.
De oplossing van Microsoft
Door foutbescherming direct in het ontwerp van de qubits te integreren, kunnen topologische qubits de behoefte aan massale foutcorrecties verminderen, wat de bouw van een quantumprocessor met een miljoen qubits vergemakkelijkt.
Vergelijking: Microsoft vs Google
| Criteria | Google (supraconductorqubits) | Microsoft (topologische qubits) |
|---|---|---|
| Progressieve verbeteringen | Continue verfijning van supraconductor circuits | Nieuwe architectuur met innovatieve materialen |
| Foutcorrectie | Enorme behoefte aan correctie-algoritmes | Foutenvermindering op hardware-niveau |
| Materialen | Traditionele supraconductoren | Topoconductoren (indium-arseniure en aluminium) |
| Langetermijnvisie | Stapsgewijze vooruitgang | Doel: bepaalde huidige beperkingen vermijden |
Een wereldwijde impact
Als Microsoft erin slaagt om de Majorana 1 op grote schaal uit te rollen, zou dit verschillende industrieën kunnen transformeren:
- Gezondheid: Moleculaire simulaties om de zoektocht naar nieuwe medicijnen te versnellen.
- AI en Machine Learning: Verbetering van patroonherkenning en combinatoriële optimalisatie.
- Cryptografie: Nieuwe vormen van beveiliging die bestand zijn tegen kwantumaanvallen.
- Logistiek: Optimalisatie van toeleveringsketens en transport.
- Klimaatmodellering: Nauwkeurigere weersvoorspellingen.
De toekomst van quantumcomputing wordt steeds duidelijker, en de ontwikkelingen van Microsoft zouden wel eens een beslissende katalysator kunnen zijn.