In wat experts de 'heilige graal' van quantumcomputing noemen, is het onderzoekers eindelijk gelukt om een onvoorwaardelijke exponentiële versnelling ten opzichte van klassieke computers te demonstreren. Daarmee wordt een theoretische belofte ingelost die tot nu toe alleen op papier bestond.
De doorbraak kwam van een team onder leiding van Daniel Lidar, hoogleraar techniek aan USC en expert op het gebied van quantumfoutcorrectie, in samenwerking met collega’s van USC en Johns Hopkins University. Met behulp van twee van IBM’s 127-qubit Eagle-quantumprocessors, die op afstand via de cloud werden bediend, pakten de onderzoekers een variant van ‘Simon’s probleem’ aan – een wiskundige uitdaging rond het vinden van verborgen patronen, die wordt gezien als voorloper van Shor’s factorisatie-algoritme.
"Eerder zijn er bescheidenere vormen van versnelling aangetoond, zoals een polynomiale versnelling," legt Lidar uit, "maar een exponentiële versnelling is het meest spectaculaire type versnelling dat we van quantumcomputers verwachten."
Wat deze prestatie bijzonder maakt, is dat de versnelling 'onvoorwaardelijk' is: ze is niet afhankelijk van onbewezen aannames over klassieke algoritmen. Eerdere claims van quantumvoordeel vereisten de aanname dat er geen beter klassiek algoritme bestond voor vergelijking. Het prestatieverschil dat in dit onderzoek werd aangetoond, verdubbelt grofweg bij elke extra variabele, waardoor het voordeel onoverbrugbaar wordt naarmate de complexiteit toeneemt.
Het team wist de grootste uitdaging van quantumcomputing – ruis en fouten – te overwinnen door geavanceerde technieken toe te passen, waaronder 'dynamische decoupling', waarbij zorgvuldig ontworpen pulssequenties qubits isoleren van hun lawaaierige omgeving. Deze methode had de meest doorslaggevende impact op het aantonen van de quantumversnelling.
Hoewel Lidar waarschuwt dat "dit resultaat geen praktische toepassingen heeft buiten het winnen van raadspelletjes" en er nog veel werk nodig is voordat quantumcomputers echte problemen kunnen oplossen, staat nu vast dat quantumcomputers hun theoretische belofte kunnen waarmaken. Het onderzoek wijst op een toekomst waarin quantumcomputing sectoren als kunstmatige intelligentie, cryptografie, medicijnontwikkeling en materiaalkunde kan revolutioneren door tot nu toe onoplosbare rekenproblemen aan te pakken.