Pieter Edelman
10 December 2015

Volgens Google is de werking van de ‘kwantumcomputer’ van het Canadese D-Wave inderdaad op kwantumverschijnselen gebaseerd. Volgens sceptici waren de eerdere testresultaten net zo goed te verklaren met klassieke verschijnselen, maar uit nieuwe testen blijkt dat het apparaat de uitkomsten tot honderdduizend keer sneller kan genereren dan een normale processor.

D-Wave betrad in 2007 het speelveld van kwantumcomputers, echter met een andere interpretatie. Het bedrijf richt zich niet op het bouwen van logische schakelingen met qubits, maar het vinden van het globale optimum in een toestandsruimte met een groot aantal variabelen.

Daarvoor baseert het zich op de annealing-aanpak, dat op zijn beurt weer is afgekeken van de metallurgie. In het simulated annealing-algoritme wordt iteratief door de toestandsruimte gestapt om de piek te zoeken. Om te voorkomen dat het algoritme op een lokale piek blijft hangen, moet het soms echter tijdelijk minder goede configuraties accepteren.

D-Wave voert dit proces uit met qubits van supergeleidende ringetjes die een stroompje dan wel de ene, dan wel de andere kant op voeren. Volgens het bedrijf kunnen de twee toestanden echter ook in een superpositie voorkomen. Door hun onderlinge koppeling te manipuleren en het systeem langzaam van een kwantum- naar een klassieke toestand te brengen, wordt de toestand met de laagste energie gevonden – de globale piek. De claim is dat het systeem dankzij kwantumtunneling direct dalen kan overbruggen.

In eerder onderzoek was al aangetoond dat de D-Wave-systemen inderdaad optimalisatieproblemen kunnen oplossen, maar dit zou ook met klassieke verschijnselen verklaard kunnen worden. In 2013 vond een team van de University of Southern California in Los Angeles echter sterke aanwijzingen dat er inderdaad kwantumverschijnselen aan het werk waren. Maar het echte bewijs voor kwantumwerking is natuurlijk wanneer de quantum annealing-aanpak een versnelling laat zien ten opzichte van simulated annealing.

Om dit aan te tonen, ontwierp Google een oplossingsprobleem met een groot aantal pieken gescheiden door zeer diepe dalen, waar het D-Wave-systeem in het voordeel zou moeten zijn. Wanneer het probleem de duizend variabelen benadert, wordt inderdaad een grote versnelling duidelijk.

Daarmee zijn de D-Wave-systemen overigens nog lang niet klaar voor praktische toepassingen. De uitdaging is nu om systemen te ontwerpen die praktische problemen kunnen oplossen.