Een baanbrekende vooruitgang in quantumcomputing is gerealiseerd die de mogelijkheden en toepassingen van kunstmatige intelligentie drastisch kan versnellen.
Onderzoekers aan de Chalmers University of Technology in Zweden hebben een uiterst efficiënte versterker ontwikkeld die "de meest gevoelige versterker is die vandaag met transistors gebouwd kan worden." Het team is erin geslaagd het energieverbruik terug te brengen tot slechts een tiende van dat van de beste versterkers van nu, zonder concessies te doen aan de prestaties.
De innovatie komt voort uit een slim ontwerp dat alleen inschakelt wanneer er data van qubits wordt uitgelezen. Dit lagere energieverbruik helpt interferentie met de qubits te minimaliseren en maakt het mogelijk om grotere, krachtigere quantumcomputers te bouwen. Het uitlezen van quantuminformatie is uiterst gevoelig—zelfs kleine temperatuurfluctuaties, ruis of elektromagnetische interferentie kunnen ervoor zorgen dat qubits hun quantumtoestand verliezen. Omdat versterkers warmte genereren die decoherentie veroorzaakt, zoeken onderzoekers al langer naar efficiëntere qubitversterkers.
In tegenstelling tot andere laagruisversterkers werkt het nieuwe apparaat op basis van pulsen en wordt het alleen geactiveerd wanneer het nodig is voor qubitversterking, in plaats van continu aan te staan. Omdat quantuminformatie in pulsen wordt verzonden, was het een grote uitdaging om ervoor te zorgen dat de versterker snel genoeg geactiveerd werd om het uitlezen van qubits bij te houden. Het team van Chalmers loste dit op door genetische programmering te gebruiken voor slimme aansturing van de versterker, waardoor deze in slechts 35 nanoseconden kan reageren op inkomende qubitpulsen.
Deze vooruitgang is essentieel om quantumcomputers op te schalen naar aanzienlijk meer qubits. Naarmate het aantal qubits toeneemt, groeit ook de rekenkracht en het vermogen om uiterst complexe berekeningen uit te voeren. Grotere quantumsystemen vereisen echter meer versterkers, wat leidt tot een hoger energieverbruik en dus meer kans op qubit-decoherentie. "Deze studie biedt een oplossing voor toekomstige opschaling van quantumcomputers, waarbij de warmte die door deze qubitversterkers wordt gegenereerd een belangrijke beperkende factor vormt," zegt Jan Grahn, hoogleraar microgolf-elektronica aan Chalmers.
De doorbraak valt samen met recent onderzoek waaruit blijkt dat zelfs kleinschalige quantumcomputers de prestaties van machine learning kunnen verbeteren via nieuwe fotonische quantumcircuits. Deze bevindingen suggereren dat de huidige quantumtechnologie niet alleen experimenteel is—maar nu al klassieke systemen kan overtreffen bij specifieke taken.
Quantumcomputers hebben het potentieel om problemen aan te pakken die buiten het bereik liggen van de krachtigste computers van vandaag, wat deuren opent in geneesmiddelenonderzoek, cybersecurity, kunstmatige intelligentie en logistiek. De ultrazuinig versterker die bij Chalmers is ontwikkeld, schakelt alleen in wanneer het tijd is om data van qubits uit te lezen. Dankzij het slimme, pulsgebaseerde ontwerp verbruikt hij slechts een tiende van het vermogen van de huidige topmodellen.
Veel van de huidige grote taalmodellen vereisen meer dan 1 miljoen GPU-uren om te trainen, terwijl quantumneurale netwerken beloven efficiënter complexe, hoog-dimensionale datasets te verwerken dan klassieke neurale netwerken. Naast snelheidsverbeteringen kan quantumcomputing AI revolutioneren door geavanceerdere optimalisatie-algoritmen, meer gesofisticeerde modelsimulaties en aanzienlijk lager energieverbruik bij het trainen van AI-modellen.
"We verwachten de eerste grote doorbraken in Quantum AI tegen het einde van dit decennium en het begin van het volgende, wanneer we overstappen van de huidige ruisgevoelige quantumapparaten naar foutgecorrigeerde quantumcomputers met tientallen tot honderden logische qubits," legt Dr. Ines de Vega uit, hoofd Quantum Innovatie bij IQM. "Deze machines zullen ons in staat stellen om verder te gaan dan puur experimentele NISQ-quantumalgoritmen, waardoor praktische en mogelijk onverwachte voordelen voor AI-toepassingen worden ontsloten. De samensmelting van Quantum Computing en AI kan een enorme impact hebben op de wereld. Quantum en AI samen kunnen problemen oplossen die klassieke computers niet aankunnen, waardoor AI efficiënter, sneller en krachtiger wordt."