Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

IBM wil in 2023 quantumprocessor met 1000 qubits gereed hebben

IBM werkt aan drie quantumprocessors die in de komende drie jaar moeten verschijnen. In 2023 hoopt het bedrijf de mijlpaal van meer dan duizend qubits behaald te hebben. Dat moet gebeuren met de Condor-processor.

IBM Quantum Computing heeft een naar eigen zeggen agressieve roadmap opgesteld voor zijn plannen om quantumsystemen op te schalen. Het bedrijf nam deze maand stilletjes de Hummingbird in gebruik: een quantumprocessor met 65 qubits. Een van de eigenschappen hiervan is dat het bedrijf signalen van acht qubits in een keer kan uitlezen.

De Hummingbird vormt een opmaat naar de Eagle, die volgend jaar moet verschijnen en dan 127 qubits biedt. IBM gebruikt onder andere through-silicon via-kanalen voor de processor en het bedrijf plaatst de qubits in een aparte laag om de coherentie te behouden, oftewel om verstoring van het fragiele systeem van buitenaf te voorkomen. Ook gaat IBM bij de Eagle kijken naar de samenwerking van qubits voor error-correctie. Het bedrijf plaatst de qubits nog steeds in een hexagonale structuur, net als het bij de huidige Falcon-quantumprocessor met 27 qubits doet.

De opvolger van Eagle heet Osprey en deze moet in 2022 uitkomen en 433 qubits bevatten. Voor deze processor gaat IBM onder andere verbeterde koeling gebruiken. Voor de Condor, die in 2023 moet verschijnen met 1121 qubits, maakt IBM gebruik van een geheel nieuw ontworpen ijskast met de naam Goldeneye, met afmetingen van drie bij twee meter. IBM maakt gebruik van qubits op basis van supergeleiding, de zogenoemde transmons, die op temperaturen vlak boven het absolute nulpunt van −273°C gehouden moeten worden.

IBM hoopt met de Condor onderzoek te doen naar complexe problemen die efficiënter met een quantumsysteem dan een klassieke supercomputer op te lossen zijn. IBM werkt al jaren aan quantumsystemen, net zoals Google, Intel en Microsoft dat ook doen. Meer over dit onderwerp staat in het achtergrondartikel De race naar een quantumcomputer - Wint Google, IBM of Microsoft?.

Door Olaf van Miltenburg

Nieuwscoördinator

16-09-2020 • 11:44

58 Linkedin

Submitter: TheVivaldi

Reacties (58)

Wijzig sortering
Een quantum computer is vooral extreem snel in bepaalde 'quantum algoritmes'. Voor een lijst van deze algoritmes zie: https://quantumalgorithmzoo.org. Het 'ontdekken' van deze algoritmes is een hele kunst. Een voorbeeld is dat je extreem snel priemgetallen kan ontleden, waardoor je bepaalde encryptie vormen kan kraken die nu nog praktisch onmogelijk te kraken zijn. Daarnaast zijn ze zeer geschikt om quantum systemen te simuleren, dit is waardevol voor natuurkundig onderzoek.

De quantum computer past in het bredere begrip van 'quantum informatie', wat ook voordelen biedt zoals 'quantum communication' waarbij het bijvoorbeeld mogelijk is om een encryptiesleutel te delen zonder dat deze onderschept kan worden (quantum key distribution).

Ik zeg nooit nooit, maar een quantum kaart in een gemiddelde computer zullen we niet snel zien gebeuren. Alleen al om de reden dat de chip van de quantum computer moet worden gekoeld tot dichtbij het absolute nulpunt.

Bron: Ik ben verbonden aan QuTech. Ik ben nog aan het leren en er lopen veel mensen rond die een stuk meer weten dan ik, maar als je een vraag hebt over de basics kan ik die proberen te beantwoorden ;).
De quantum computer kan ook voor problemen gaan zorgen in onze huidige digitale wereld waarin encryptie keihard op de proef wordt gesteld en voor grote problemen kan zorgen.

Ja, quantum kan er voor zorgen dat we grote problemen krijgen in onze encryptiestelsel en dus er voor zorgen dat we sterkere encryptie krijgen, maar dat zal eerst gepaard gaan met het exploiten ervan door misschien wel de verkeerde mensen of bedrijven en/of instanties die nu er nog niet door heen kunnen prikken.

Ik ben zeker voor quantumpc's, maar ik ben ook voor een stevige encryptie en dat zal imo eerst aangepast moeten worden voordat deze computers aan de meerderheid beschikbaar worden gesteld. We krijgen anders een stormvloed aan ellende over ons heen die nog meer het vertrouwen in (overheids)systemen zullen schaden waardoor we straks het overzicht niet meer kunnen overzien. En met IoT apparatuur waarbij het nu al enorm slecht mee gesteld is qua encryptie zullen we tot die tijd quantum computer alleen maar moeten mogen gebruiken om eerst dat soort constructies te verstevigen.
Voor een deel is dat nu al waar - en niet eens dankzij Quatum-computing; veel gegevens worden misschien wel ge-encrypt maar zijn wel toegankelijk voor de eigenaar daarvan. En dat is niet de aanleveraar van deze gegevens; Partijen zoals Google en FB krijgen/bezitten (encrypted) data en kunnen daar zelf bij en vervolgens wordt dit intern gebruikt of extern vanwege bepaalde regelgeving zoals bijv. Patriot Act.
Tel daarbij menselijk falen op (vergeten te encrypten...) en we komen al een heel eind...
Klinkt dus als een oplossing bieden voor een probleem wat nog niet bestaat.
Die complexe problemen bestaan al. Quantumcomputers kunnen in theorie veel sneller berekeningen doen die in allerlei velden nuttig zijn zoals cryptografie, deeltjesfysicia, weervoorspelling, nieuwe medicijnen ontwerpen, etc.
Ze zijn niet zozeer sneller in het doen van berekeningen. Ze zijn efficiënter (in de zin van algoritmische complexiteit) in het vinden van een oplossing voor bepaalde klassen van problemen.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 16 september 2020 12:22]

Voor de 'grap' zou je het Handelsreiziger-probleem kunnen voorleggen aan een quantumcomputer. Maar dan voor elk gehucht op de hele wereld.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Handelsreizigersprobleem
De traveling-salesman-problem is niet berekenbaar door een quantum computer! Traveling-salesman is buiten NP-complete (hele lastige complexity class) en Quantum computers kunnen (helaas) niet die problemen aan (zelfs niet die in NP-complete).

Zie ook deze wiki-link over de complexity class van problemen die door een quantum computer berekend kunnen worden. Die is 'kleiner' dan NP-complete!

edit: @JackBol TSP is inderdaad niet in NP-complete, want het checken is ook 'lastig'! Thanks voor de verbetering!

[Reactie gewijzigd door JSDJ op 16 september 2020 14:00]

Toch vreemd dat er dan juist heel erg veel gedaan wordt rondom TS uitdaging en quantum computers. Er zijn heel veel artikelen over het oplossen van de uitdaging met quantum computers. Zoals ook dit artikel van IBM.

https://arxiv.org/abs/1805.10928
Op een na laatste zin in de abstract:

"This provides us a quadratic speedup over the classical
brute force method for a large number of cities."

Een quadratic speedup over een exponential (brute force) method is nog steeds exponential - in termen van complexity classes schaalt het dus nog steeds hetzelfde. Ik zou durven stellen dat de term "Efficient" in de titel een beetje misleidend is, aangezien met efficient vaak iets wordt bedoeld wat pertinent niet in NP oid ligt.

Een ander goed voorbeeld hiervan is AES encryptie, waar Grovers' algorithm ook een quadratic speedup geeft - in theoretische zin is dit geen speedup m.b.t. complexity classes.

Check ook deze QC stackexchange post die over deze paper gaat (in het Engels!).

[Reactie gewijzigd door JSDJ op 16 september 2020 13:50]

Dat artikel gaat over een x4 speed-up met quantum algoritmes. Dat is mooi, maar het blijft in de buurt van brute force.

TSP is NP-hard (met onze huidige kennis van zaken oplosbaar in non-polynomial tijd).
Zelfs gedeeld door 4 is de benodigde tijd non-polynomial.

Daarnaast is TSP zeker niet NP-complete, want het is niet in NP. de verificatie van het antwoord is ook non-polynomial.
Met de temperatuur die nodig is, nabij het absolute nulpunt, zal het niet snel in een bestaand systeem komen door middel van PCI.

Je moet eerder denken aan cloud oplossingen.
Wat moet ik me voorstellen bij 1000qbits? Wat kan je daarmee?
Waar bij normale processed bits we voltage gebruiken om een 0 of een 1 aan te geven, wat deterministisch is vastgesteld, kunnen bij qubits die 0 en die 1 tegelijk bestaan (superpositie). Dit betekent dat je meerdere uitkomsten (ondeterministisch) in parrallel kan berekenen. Hier worden vaak statistische modellen op los gelaten om de meerdere uitkomsten tegelijk te berekenen.

Hoe ik 1000 qubits interpreteer is dat het de computer mogelijk maakt om 2^1000 (1.071509e+301) verschillende uitkomsten tegelijk kan berekenen. Iets wat voor het zoeken naar nieuwe priemgetallen en alles wat met data science of encryptie te maken heeft een enorme sprong zou zijn.
Ik ben zelf geen researcher in quantum computing dus ik zou het mogelijk fout kunnen hebben.

[Reactie gewijzigd door bartvdbraak op 16 september 2020 12:07]

Het ligt iets complexer. Een qubit kan niet zo maar gebruikt worden voor berekeningen. Quantum computer hebben heel veel last van fouten/instabiliteit. Om deze fouten tegen te gaan is er quantum-fout-correctie nodig en om dat te doen zijn er ook weer qubits nodig die alleen gebruikt worden voor de fout-correctie en waar dus geen berekeningen mee gedaan worden.

Dat is het verschil tussen een physical quantum bit (een 'qubit' zoals genoemd in het artikel) en een logical quantum bit (een qubit die daadwerkelijk gebruikt worden om te rekenen, niet genoemd in het artikel).
Afhankelijk van de architectuur zijn er een bepaald aantal physical quantum bits nodig om een enkele logical quantum bit realiseren, soms wel een paar honderd per logical bit. Deze cijfers over '1000' qubits zeggen dus eigenlijk niks over de rekenkracht van de quantumcomputer.

Meer in depth informatie over de huidige staat van quantum computers, en de praktische problemen waar tegen aan wordt gelopen: Quantum Computing with Andrea Morello (let op: 1u 45min! :Y) )

[Reactie gewijzigd door esak op 16 september 2020 12:21]

De '2^1000 verschillende uitkomsten tegelijkertijd berekenen' is (helaas!) een popular-science fabeltje - in het echt zit het een stuk lastiger. De truc bij quantum computers is al die 2^1000 'elementen' (ik noem het maar even zo) op een slimme manier met elkaar te laten 'praten' (interfereren met een mooi woord). Als je dit slim doet (wat een quantum algoritme uiteindelijk voor je doet), is het uiteindelijke element wat je overhoudt je juiste antwoord.

Dit 'laten berekenen en slim interfereren' is bij lang niet alle soorten berekeningen die je zou willen doen mogelijk - slechts in een paar verschillende richtingen zijn er echt grote snelheidswinsten te behalen.
Om eerlijk te zijn: voorlopig nog vrij weinig. 1000 qubits is op papier heel veel, maar de huidige generatie qubits hebben veels te veel errors inherent en in de operaties die je er op loslaat - een beetje berekening heeft zoveel operaties op de qubits nodig dat je praktisch alleen maar ruis krijgt.

De manier om dit tegen te gaan is door gebruik te maken van quantum error correction - alleen verbruikt dit heel veel qubits op zichzelf. Dan zijn 1000 qubits opeens peanuts - eerder zijn er miljoenen nodig om bijv. een beetje RSA key te kraken.

Er zijn ook wel algoritmes die beter overweg kunnen met 'noisy qubits' (zoals we die niet-erg-goeie-qubits noemen) - vooral optimalisatie kan hier wel mee overweg. Echter is dit nog niet de volledige 'droom' van een all-powerful-quantumcomputer*.

* N.B. quantum computers (ook een theoretische met miljoenen qubits) zijn niet all-powerful.
Ik ben echt benieuwd naar de ontwikkeling van Data Science oplossingen die gebruik kunnen maken van quantum processoren. Ook wel ergens een beetje eng dat onze traditionele vormen van encryptie (AES-256) mogelijk veel sneller gekraakt kunnen worden met behulp van qubits. In hoeverre dat waar is of makkelijk mogelijk gemaakt zal worden is natuurlijk nog de vraag.
AES (en de meeste symmetrische encryptiestandaarden) zijn juist niet heel erg in gevaar - het zijn de meest gangbare publieke encryptiestandaarden waar problemen ontstaan (denk aan bijv. RSA 'gekraakt' door Shor's algorithm)

Quantum computers kunnen niet alles - ze zijn alleen in bepaalde taken 'sneller' dan conventionele computers. 'Sneller" betekent hier dat de hoeveelheid berekeningen beter schaalt met de input-parameters.

Dat is allemaal vrij vaag, maar:
Bijv. RSA is gebaseerd op dat een conventionele computer een product van twee priemgetallen (= de sleutel) moeilijk kan factorizeren (dat is, uitvogelen precies welke twee priemgetallen dat zijn). 'Moeilijk' is hier hetzelfde als 'niet snel' - als je de sleutel n keer zo lang maakt, moet je 2^n keer zo veel berekeningen doen om het product uit te vogelen. Die exponentiele schaling is niet bij te houden, en daarom beschouwen we dit als veilig. Op een quantum computer bestaat er een algoritme dat beter schaalt, namelijk iets van ~n^3 - dat is veel, veel beter bij te benen dan die exponentiele schaling.

AES werkt allemaal wat anders, en het is al aangetoond dat een quantum computer in dit soort kraakpogingen maximaal een 'kwadratische speedup' kan hebben - als het een conventionele computer ~N stappen kost, dan kost het een quantum computer ~wortel(N) stappen - wel een speedup, maar niet zo dramatisch. In de praktijk betekend dit dat als je de AES sleutel twee keer zo lang maakt, het net zo moeilijk blijft voor een quantum computer als voor een conventionele computer. Twee keer zo lange sleutel is best te doen, dus in AES-kraken gaan quantum computers geen zoden aan de dijk zetten!

Daarnaast heb je ook al genoeg onderzoek naar Post-quantum-cyptography; vooral de public encryption standards zijn dan interressant. Zie ook de link in de comment van @grasmanek94 - de belangrijkste is elliptical curve encryption.
Heel erg bedankt voor je uitleg.
> Ook wel ergens een beetje eng dat onze traditionele vormen van encryptie (AES-256) mogelijk veel sneller gekraakt kunnen worden

Daar is al heel veel onderzoek naar: https://en.wikipedia.org/wiki/Post-quantum_cryptography

Ik maak mij geen zorgen. Genoeg slimmere mensen die dit kunnen oppakken.
Wat is de reden achter de nummers 27, 65. 127, 433, 1121?

Bij x86 is het eigenlijk altijd een macht van 2, hier kan ik geen regelmaat in vinden op enige manier.
Zou dit geen geometrisch volume zijn? 27 kan een kubus van 3x3x3 zijn.
Het hoeft niet per se zo te zijn dat de beperkende factor wordt veroorzaakt door de opslag van qubits. Het kan ook zijn dat ze bijvoorbeeld geen passende set-up konden vinden om meer dan 65 aaneengesloten qubits gekoeld en stabiel te houden of iets dergelijks.
De qubits liggen in een hexagonaal rooster. Dus op hoekpunten van een rooster van driehoeken denk ik zo.
Heeft te maken met de error correction code die gebruikt wordt. Kortweg zijn Qubits nog steeds redelijk instabiel. Om ze wat stabieler te maken worden meerdere qubits gecombineerd tot een "logische" Qubit die wat robuster is tegen bijvoorbeeld een bitflip van een van de onderliggende qubits.

Deze error correction kan op meerdere manieren toegepast worden, maar vaak wordt er bij het maken van zo'n chip overnagedacht wat voor soort error correction ze willen toepassen, aangezien dit vrij veel invloed heeft op de geometrie
Ik weet dat het scyfy is enzo maar Terminator en andere films lijken steeds meer waarheid te worden.
Okee op basis van wat lijkt dat er op dan? Zijn er al computers tegen ons gekeerd?

Klinkt als niks meer dan een onderbuikgevoel, en daar kan niemand anders dan jij echt wat mee natuurlijk...

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 16 september 2020 14:12]

Het is voor mij een signaal dat ik eerst wat meer moet uitzoeken/onderzoeken om de feiten op tafel te krijgen, die feiten kunnen inderdaad bevestigen of je gevoel goed/fout was. Maar een gevoel opzich is (in deze) geen argument opzich natuurlijk.

Zodoende ben ik ook oprecht benieuwd waaraan hij vindt dat het er al op lijkt dat die films waarheid gaan worden.

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 16 september 2020 15:06]


Om te kunnen reageren moet je ingelogd zijn


Apple iPhone SE (2020) Microsoft Xbox Series X LG CX Google Pixel 4a CES 2020 Samsung Galaxy S20 4G Sony PlayStation 5 Nintendo Switch Lite

'14 '15 '16 '17 2018

Tweakers vormt samen met Hardware Info, AutoTrack, Gaspedaal.nl, Nationale Vacaturebank, Intermediair en Independer DPG Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2020 Hosting door True