TSMC gaat samen met IBM quantumcomputer bouwen

De Taiwanese overheid heeft een consortium van bedrijven en onderwijsinstellingen de opdracht gegeven een quantumcomputer voor academische doeleinden te bouwen. Onder de bedrijven zijn IBM en TSMC.

Het contract met IBM gaat volgens DigiTimes op 1 januari 2019 in en beschrijft het gebruik van IBM's Q-platform voor quantumcomputing gekoppeld aan internet. De rol van TSMC ligt bij de productie van de chips voor quantumcomputing, waarbij het bedrijf probeert chips op zijn geavanceerde productieprocedé te maken en deze te laten werken op de extreem lage temperaturen die nodig zijn voor de quantumeffecten.

IBM is waarschijnlijk verantwoordelijk voor het ontwerp van de chips. TSMC maakt chips in opdracht van derden en IBM werkt al langer aan de ontwikkeling van quantumprocessors. Het bedrijf heeft inmiddels protoypes van quantumprocessors met vijftig qubits. Taiwans Ministry of Science and Technology steunt in combinatie met het initiatief verschillende academische onderzoeksprojecten op het gebied van quantumcomputing, met subsidies van omgerekend 1,7 miljoen euro per jaar per project.

Verschillende bedrijven en onderzoekscentra wereldwijd werken aan quantumcomputers, gebaseerd op verschillende technieken. In theorie kunnen quantumcomputers bepaald complex rekenwerk, dat niet met klassieke computing is af te handelen, in een oogwenk verwerken. Dat zouden ze kunnen dankzij verstrengelde qubits, die tegelijkertijd een 0 en een 1 vertegenwoordigen. De wetenschap is er echter nog niet uit welke techniek, waarmee een schaalbare quantumcomputer is te maken, de beste kandidaat is voor de qubit.

IBM-quantumcomputer zonder afdekking

Reacties (46)

[Parrotmaster]

In theorie kunnen quantumcomputers bepaald complex rekenwerk, dat niet met klassieke computing is af te handelen, in een oogwenk verwerken. Dat zouden ze kunnen dankzij verstrengelde qubits, die tegelijkertijd een 0 en een 1 vertegenwoordigen.

Als een ICT'er die als hobby lees over quantummechanica vind ik het toch knap hoe moeilijk het is om uit deze zin te begrijpen waarom de qubits zouden resulteren in een snellere computer. Huidige techniek gaat uit van een 0 of een 1, dus waarom is een staat er tussenin een groot voordeel? Is het simpelweg een kwestie van "nog een staat om mee te rekenen"?

[Verwijderd]

Je hebt 10 deuren. Achter 1 van de deuren ligt de key. Het is aan de computer uit te vogelen achter welke deur de key ligt. Een gewone computer zou deur voor deur afgaan. Quantum alle tien tegelijk. Dat is zo'n beetje het verschil tussen beide.

[mcdronkz]

Hoe verschilt dit van parallel computing?

[NZwaal]

Parallel computing gaat lineair, quantum zou in theorie exponentieel kunnen gaan. Dit zou resulteren in een veel grotere prestatiesprong per stap.

[Timfonie]

Dit. Een deur wordt niet door bit vertegenwoordigd, maar door een combinatie van bits.
10 bits kunnen daardoor 2^10 = 1024 deuren vertegenwoordigen. Omdat 10 verstrengelde qbits 1024 verschillende combinaties van eenen en nullen in één keer kunnen vatten, is een quantumcomputer een stuk krachtiger voor zo'n toepassing dan een traditionele parallelle computer. Die laatste moet namelijk alle combinaties van 10 bits nog altijd seriëel doorrekenen, tenzij je 1024 rekenkernen tegelijkertijd aan het werk zet.

[vliegendekat]

Dit is in grote lijnen correct, maar het is wel een te eenvoudige voorstelling van zaken.

Ten eerste omdat je op een kwantum-computer je de berekening een statistisch significant aantal keren zal moeten herhalen (laten we zeggen dat het k herhalingen zijn). Dit ligt niet alleen aan ruis, maar ook gewoon aan de kwantumeffecten op zich.

Ten tweede, omdat de voorstelling van zaken niet helemaal correct is. De kwantumcomputer kan in het beste geval, alle tien de deuren in één stap aflopen, maar in het worst-case scenario is het de afronding naar boven van de vierkantswortel van het aantal inputs die er voor een probleem bestaan. Dus: ceil(sqrt(#inputs van het probleem).

Stel dat het probleem dat je representeert dus een input heeft van 10 bits, dan heb je 2^(1024) mogelijke oplossingen voor het probleem die je op een klassieke computer allemaal één voor één zal moeten aflopen. Een kwantumcomputer kan dit dan in k*sqrt(#inputs) stappen doen. De k is afhankelijk van de kwaliteit van de kwantumcomputer, maar zal in de praktijk nooit kleiner kunnen worden dan 50 vanwege de ruis die inherent is aan de kwantumcomputer en het werken met kwantumeffecten. Kwantumeffecten en kwantumcomputers zijn nou eenmaal processen van een stochastische aard.

Dus een voorbeeld: sqrt(1024) = 32 -> 32*50 = 1600 stappen voor de kwantumcomputer, terwijl een klassieke computer hier maar 1024 stappen nodig zou hebben. In dit voorbeeld met 10 deuren is het inzetten van een kwantumcomputer dus gewoon ronduit onzinnig. Maar als we 11 deuren in het voorbeeld opnemen, dan zijn er ineens 2^12 = 4096 inputs -> sqrt(4096) = 64 -> 50*64 = 3200 en dus zijn er 3200 operaties nodig, tegenover 4096 operaties op een klassieke computer.

U kunt deze berekeningen doen voor steeds grotere aantallen bits in de probleem-input en u zal constateren dat kwantumcomputer een steeds groter voordeel behalen ten opzichte van klassieke computers. Dit is dan ook het grote voordeel van kwantumcomputers: Er zijn minder operaties nodig voor hetzelfde werk.

Ten derde: De claim dat het voordeel "exponentieel" is, alleen maar houdbaar als u bereid bent om aan te nemen dat een sqrt ook een exponent is. Aangezien een wortel geschreven kan worden als een exponent (sqrt(x) kan worden geschreven als x^(1/2) ) kunt u dat prima beargumenteren zonder onzin uit te kramen, maar ik plaats dan wel de kanttekening dat een functie breuk boven de exponent, toch een heel stuk minder hard groeit dan een functie met een getal strikt groter dan 1 in de exponent.

In de praktijk denkt men bij het horen van de term "exponentiële groei" aan een exponent strikt groter dan 1 en niet aan een exponent met een breuk erin. Als u dat ook doet, dan vrees ik dat u zich misleid zal voelen door de marketing zodra er een echte en functionele kwantumcomputer beschikbaar komt.

Ten vierde: In de bovenstaande analyses neem ik aan dat u niets "slims" met het probleem kan doen op een klassieke computer. In de praktijk blijkt dit voor veel problemen zeer vaak wel te kunnen, maar heeft men er gewoon niet genoeg onderzoek tegenaan gegooid om zo'n "slimme" procedure te vinden. Dit is dan ook wat men probeert te beschrijven met het begrip "Quantum Supremacy". Het zijn de volgende drie vragen: Doet deze kwantumcomputer wel echt iets "kwantums", of haalt hij stiekem een andere slimmere truuk uit? En kunnen wij überhaupt dat bewijzen? En zo ja, hoe dan?

De antwoorden die wij tot nu toe hebben:
Kunnen wij dat bewijzen? Ja, mits de kwantumcomputer enkele kilo-qbits groot is.
Hoe dan? Deze tante heeft dat uitgezocht en netjes beschreven.
Doen ze echt iets "kwantums"?: Dit weten we nog niet. Die 50 qbits zullen absoluut werken en iets "kwantums" doen, maar om het hard en onomstotelijk te bewijzen heb je er toch echt een machine met enkele duizenden qbits nodig en die kunnen wij op dit moment nog niet bouwen.

[Zeerob]

En wat is jouw visie op de quantum computers van D-wave?

[vliegendekat]

En wat is jouw visie op de quantum computers van D-wave?

De kwantumcomputers van D-Wave hebben, naar verhouding, een zeer hoog aantal qbits. Dit hebben zij voor elkaar gekregen door de chip op een zodanige manier te bouwen dat, als er een verstoring optreed ergens in de chip, deze verstoring ook in gelijke mate optreed in de gehele chip. Op zichzelf is dit een prachtige oplossing, maar het probleem is dat deze manier van werken ook al een factor 3 aan extra qbits kost die je verder nergens anders voor kan benutten.
Daarnaast is door deze manier van werken, de D-Wave niet voor alle kwantum-algoritmen geschikt. Men kan dus een D-Wave gebruiken voor een paar hele specifieke doeleinden die er toevallig op gedraaid kunnen worden, maar universeel inzetbaar is de D-Wave dus niet en van het aantal qbits is dus maar een fractie beschikbaar voor echt rekenwerk.

Maar er staat een nog veel grotere olifant in de kamer wat betreft D-Wave.
Het ding heeft nog nooit een probleem sneller opgelost dan de snelst mogelijke implementaties op een traditionele computer.
Een echte kwantumcomputer is namelijk niet alleen in staat om iets sneller op te lossen dan een klassieke computer, een echte kwantumcomputer moet in staat zijn om met gemak een complex probleem (zoals bijv 3-SAT) sneller op te kunnen lossen dan alle supercomputers ter wereld op één hoop bij elkaar.

Op dit moment is het apparaat echter niet sneller dan een goede implementatie van een simulated annealing algoritme dat draait op 4 of 5 dikke Xeon-servers en alle algoritmen waarmee je "echt" kan bewijzen dat het een kwantumcomputer is, kunnen door de architecturele keuzes van D-Wave niet op hun machines worden getest....

"Pas op! Het is mogelijk snake oil." en "eerst maar eens hard bewijs" zijn de associaties die D-Wave bij mij oproept.

[Rudie_V]

Dus een voorbeeld: sqrt(1024) = 32 -> 32*50 = 1600 stappen voor de kwantumcomputer, terwijl een klassieke computer hier maar 1024 stappen nodig zou hebben. In dit voorbeeld met 10 deuren is het inzetten van een kwantumcomputer dus gewoon ronduit onzinnig.

Dat blijft altijd nog afhankelijk van de tijd die per stap nodig is

[vliegendekat]

Dat blijft altijd nog afhankelijk van de tijd die per stap nodig is

Exact, maar voorlopig is die bij kwantumcomputers nog astronomisch omdat men voor elke stap, het kwantumcircuit eerst moet initialiseren. Die initialisatie duurt een fractie van een seconde, maar vergeleken met een klassieke computer is het nog steeds erg lang.

[Scriptkid]

Ik weet niet op welke quantum computer jij dit gezien hebt gezien ze nog niet bestaan.

De huidige computers met qbits simuleren alleen quantum compute. Zr kunnen wel true random gen doen maar echt quantum compute nog niet. Dus nuttig voor sommige zaken maar nog lang niet het nivo om de complexe berekenening dermate hard te versneller

[vliegendekat]

Ik weet niet op welke quantum computer jij dit gezien hebt gezien ze nog niet bestaan.

Dat is dus niet waar.
Er bestaan testopstellingen van IBM-Q met 5 tot 25 qbits en de specificaties daarvan staan gewoon online.

[Scriptkid]

Ja qbits maar geen kwantum compute. Er komt nog veel emulatie bij kijken omdat de qbits nog niet voldoen aan wat we verstaan onder een echte kwantum computer.

Een auto zonder mptor met trapper is ook een auto maar niet de auto die echt bedoelt is als begrip auto

[vliegendekat]

Ja qbits maar geen kwantum compute. Er komt nog veel emulatie bij kijken omdat de qbits nog niet voldoen aan wat we verstaan onder een echte kwantum computer.

Uhm....
U kunt er gewoon een QASM-programma op draaien en dus is het wel degelijk quantum-computing. U kunt uw programma draaien op een simulator en op een echte kwantumcomputer en vervolgens de resultaten van beiden vergelijken. Hierbij bevatten de resultaten van de kwantumcomputer vrijwel altijd meer ruis (en zijn ze dus slechter) dan de resultaten van de simulatie. Dit is precies het beeld dat men verwacht te zijn bij echte kwantumcomputers.

IBM heeft dus wel degelijk een aantal echte kwantumcomputers aan de praat gekregen. Om in uw metaforen te spreken: De motor waar u op doelt, is een volledige viercylinder met minimaal 90 PK.
Het is nu de vraag of men deze motoren kan bouwen als massaproductie en de andere vraag is of men de motoren ook groter en beter kan maken, zodat er ook personenauto's groter een Smart, vrachtwagens, vliegtuigen en schepen mee voortgestuwd kunnen worden.

En dat is dan ook gelijk het laatste dat ik erover zeg. U kunt, het hier zelf proberen.

[360Degreez]

Dus in die zin zou het ook bij AI een enorme stap voorwaarts zijn. Alle mogelijke uitkomsten van een actie bepalen en daar de meest logische (slimme) oplossing uit destilleren.

[amas]

Normale CPU's schalen linear met het aantal transistors, quantum chips schalen expontentieel met het aantal qubits.

[Crahsystor]

Niet gehinderd door inhoudelijke kennis, zou ik zeggen dat parallel computing gewoon 10 computers in zet om 10 deuren tegelijk te openen versus 1 quantumcomputer die dezelfde 10 deuren tegelijk opent.
Mocht ik er grandioos naast zitten, schroom niet om m'n reactie onderuit te halen.

[Apache]

Parallel computing voert 10x alle instructies uit met een andere state, deur 1, deur 2, etc

En quantum computing kent één instructie die meteen alle mogelijke permutaties dekt. Een beetje parallel built-in.

[Xorgye]

Maar de hamvraag is: welke problemen worden hierdoor opgelost?

Als het een berekening is die je bijna nooit gebruikt in hedendaagse software, dan kan je dus niet zomaar spreken van 'sneller'.

[Aragnut]

Veel model berekeningen zijn gebaseerd op dezelfde berekening doen met hoop verschillende getallen. Dit leidt dan ook tot projecten zoals folding at home, maar ook coin mining is hier op gebaseerd.
Vaak wordt dit nu gedaan op supercomputers.

[Standeman]

- Het breken van RSA encryptie (iets waar overheden en criminelen een harde plasser van krijgen)
- Quantum encryptie (worden overheden en criminelen weer impotent van)
- Het oplossen van NP-complete problemen (traveling salesman)

En er zijn nog wel een hele lijst van wiskundige problemen die zich slecht lenen voor lineaire berekeningen.

[kr4t0s]

Ik vond deze heel leerzaam:

Quantum Computing Expert Explains One Concept in 5 Levels of Difficulty | WIRED
https://www.youtube.com/watch?v=OWJCfOvochA

[privacybeleid]

Ik niet, deze komt al meer tot de kern https://www.youtube.com/watch?v=JvIbrDR1G_c
en de rekenvoorbeeldjes hierboven in de Jism draad ook.

quantum is niet 1 oplossing of ding, maar diverse natuurkundige eigenschappen die benut kunnen worden door een apparaat, om bepaalde berekeningen te versnellen onder bepaalde voorwaarden, ten opzichte van huidige computer hardware ontwerpen.
In de praktijk gaat dit, wanneer ze het werkend krijgen, volgens mij een soort hardware acceleratie opleveren voor bepaalde berekeningen die geintegreerd gaan worden in normale cpus, en programmeer taal libraries.

[Reactie gewijzigd door privacybeleid op 2 augustus 2024 13:07]

[jaenster]

Lees dit artikel eens., en dan specifiek de comments er bij

[Rob Coops]

Een kwantum computer kan ook hoogstwaarschijnlijk 1 zijn of juist misschien wel 0 of ongeveer 1 etc... op die manier kunnen bepaalde algoritme die met een computer die heel rigide alleen 1 of 0 bijna niet te doen zijn of heel erg veel tijd in beslag nemen met een quantum computer veel makkelijker te doen.

Het is dus niet nog een staat om mee te rekenen maar een onzekerheid waar je mee kunt werken waardoor dingen die nu welhaast onmogelijk lijken (NP-Complete is het beste voorbeeld) goed op te lossen zijn. Hier door zijn bijvoorbeeld traditionele encryptie oplossingen, vrijwel allemaal gebaseerd op het idee dat NP-Complete oplossingen heel moeilijk te vinden zijn maar heel makkelijk te verifieren, met de komst van quantum computers een heleboel onveiliger zo niet nutteloos.
Nu moet daar wel bij aangetekend worden dat op dit moment de kosten voor een quantum computer nog extreem hoog zijn en het dus onzinnig is om dit op grote schaal in te zetten.

Ook is er nog een groot gebrek aan mensen die nuttige algoritmes klaar hebben liggen om op een quantum computer te draaien. We hebben een aantal algoritme beschikbaar maar omdat het nog zo relatief nieuw is en er nog maar weinig mensen toegang hebben tot dit soort systemen in combinatie met het feit dat veel mensen wel eens waar op een vergelijkbare manier denken maar het heel moeilijk vinden om een probleem niet als logische stappen op te breken is het vinden van nieuwe algoritme nog niet heel erg goed op gang gekomen.

[koelpasta]

Huidige techniek gaat uit van een 0 of een 1, dus waarom is een staat er tussenin een groot voordeel? Is het simpelweg een kwestie van "nog een staat om mee te rekenen"?

Het is niet zozeer een extra staat die tussen een 0 en 1 staat. Je krijgt het hele gebied tussen 0 en 1 erbij als antwoord.
De antwoorden zijn statistisch van aard en in de trend van 23% kans op 0 en 77% kans op 1 .

Zie het als een metertje die een positie ergens tussen een 0 en een 1 aangeeft met een bepaalde nauwkeurigheid.

En dat is dan nog 1 qubit. Je kunt vervolgens een zooi van die dingen aan elkaar plakken en daarmee stijgt de ruimte van antwoorden nog eens exponentieel.
Je kunt dus heel erg veel toestanden uitdrukken en uitrekenen met maar een paar qubits.

[Pathogen]

Zou je dan dus, in theorie, analoog computeren?

[Durandal]

Nee, analoog heeft maar 1 'bit' die vervolgens 1 rationele waarde van alle oneindig mogelijke rationele waarden aanneemt.

[rjmno1]

de logica is als volg (als ik het goed heb), de reguliere computer kan of 1 zijn of 0.
Bij de quantum computer kan het 1 en 0 zijn wat resulteert volgens mij in een snellere berekening.
correct me if i,m wrong!

[Parrotmaster]

Ja maar waarom resulteert het in een snellere berekening?

[Durandal]

stel je hebt een onbekende van 2 bits. Een normale computer zal dan een lus van 0 tot 3 aflopen om bij het juiste antwoord te komen. Dat zijn 4 stappen.

Een kwantumcomputer levert een waarschijnlijkheid. Bv: bit 1 = 75% kans op een 1, en bit 0 heeft 25% kans op een 1.
Nu weet je nog niet genoeg, dus doorloop je het probleem met een kwantumcomputer nog een paar keer en kom je uit op bit 1 = 97% kans op 1, en bit 0 = 3 % kans op 1. Nu weet je al een hoop meer, en dat in (stel) 5 stappen.
Je kan aannemen dat het antwoord '10' is en bevestigen met een normale doorrekenstap.

Ja, zeg je dan, dat zijn meer stappen dan met een gewone computer.

Da's waar, en dus gaan we naar het volgende probleem; het vinden van een decryptiesleutel van 128 bit.
De normale computer doet er dan gemiddeld 2^128 / 2 (delen door 2 want gemiddeld heb je halverwege het juiste antwoord) stappen over.

Maar.. de kwantumcomputer geeft nog steeds slechts in een paar stappen een antwoord met een heel hoge betrouwbaarheid. Als dat dan 50 stappen zijn, dan is dat bijna onmiddelijk terwijl de gewone computer over 10 jaar nog aan het rekenen is.

[blackbaby]

Als je het artikel goed leest, gaat de subsidie niet expliciet naar het bouwen van een quantumcomputer, danwel naar een onderzoeksproject. Wat wel zeker is, is dat ze gaan zoeken naar mogelijkheden om de quantumeffecten op kamertemperatuur te kunnen benutten, en daardoor commercieel haalbaar te maken. Quantumcomputers zijn erg performant, maar voor de prijs die je betaalt haal je vandaag helaas nog altijd meer prestatie-rendement uit geëtst silicium.

[Reactie gewijzigd door blackbaby op 2 augustus 2024 13:07]

[rvhuehv]

Sorry, geen inhoudelijke reactie, maar waarom niet gewoon prestatie in plaats van performantie? Dat is een veel gangbaardere term.

/taalpurisme

[joho]

Klinkt mij Belgisch in de oren.
http://www.vlaamswoordenboek.be/definities/term/performantie
https://www.tekstbureauva...performantie-performance/

[Reactie gewijzigd door joho op 2 augustus 2024 13:07]

[blackbaby]

Prestatie is alvast niet het juiste synoniem voor performantie. Iets dat uistekend presteert is niet per definitie performant. Staat rendement dan niet in jullie woordenboek ? Ik mag het hopen ik heb het intussen aangepast.

[Reactie gewijzigd door blackbaby op 2 augustus 2024 13:07]

[DigitalExorcist]

http://www.vlaamswoordenboek.be/definities/term/performantie

Het is Vlaams, misschien daarom.

[Rudie_V]

Dat zouden ze kunnen dankzij verstrengelde qubits, die tegelijkertijd een 0 en een 1 vertegenwoordigen.

Het is de superpositie van een qubit die er voor zorgt dat ze gelijktijdig 0 en 1 en alles ertussenin vertegenwoordigen. Quantumverstrengeling is een ander gebruikt effect in quantumcomputers.

[walteij]

Even iets totaal anders, maar ik vind die Quantum-Computer van IBM er gewoon wel even héél mooi uitzien, zo zonder de afdekking.

[Verwijderd]

Leuk voor aan het plafond, als een soort kroonluchter.

[Timfonie]

Deze bijzonder mooie constructie is puur bedoeld om zeer lage temperaturen te kunnen realiseren, die nodig zijn om met quantumprocessen te kunnen werken. Hoe lager het plateau, hoe lager de temperatuur. Onderin ligt deze slechts een kleine fractie van een graad boven het absolute nulpunt.

[Durandal]

Ziet er voor mij vooral heel kwetsbaar uit. En duur, want alles lijkt van goud.
En antiek, heeft wel iets uit de tijd van de mechanische computers.

[walteij]

Dat laatste dus vooral, het ziet er klassiek en mechanisch uit. Gewoon erg gaaf om te zien.

[tosjo]

Ik blijf de ontwikkeling rondom quantum computers toch nauw volgen.
Er wordt verwacht dat er binnen 10 jaar een quantum computer is die genoeg qubits stabiel heeft om RSA te kunnen kraken. Dat is toch wel zorgwekkend, aangezien bijvoorbeeld ons huidige paspoort 10 jaar geldig is. Spannende tijd, te bedenken dat binnen die 10 jaar alle versleutelde data met terugwerkende kracht gedecrypt zou kunnen worden.

[twizzle]

Heb ooit eens een paar algoritmes bekeken maar had daar toch noch een paar dagen nodig om uberhaupt te begrijpen wat ze doen.

En dat hele als ik een qubit bekijk veranderdt het van staat is natuurlijk moeilijk voor te stellen.

[Durandal]

Je bedoelt als ik het bekijk dan neemt het een staat aan. Daarvoor was de staat onbepaald.

[Fenzo]

In de jaren '70 was er veel te doen over de Josephson-computer die ook enorme snelheidswinst moest gaan waarmaken maar het is altijd bij experimenten gebleven. Ben benieuwd of dat met de quantumcomputer anders uitpakt.