TU Delft krijgt miljoenensteun om quantumcomputerschakeling te maken

De TU Delft krijgt 15 miljoen euro Europese steun voor het werken aan een functionerende bouwsteen van een quantumcomputer. Onderzoekers van de universiteit denken in de komende jaren qubits te kunnen ontwikkelen waarbij de quantumtoestand is beschermd.

De miljoeneninjectie betreft onderzoek van Leo Kouwenhoven en Lieven Vandersypen van de TU Delft en Carlo Beenakker van de Universiteit Leiden, die al sinds 2004 aan onderzoek op het gebied van quantumcomputers werken. Kouwenhoven maakte onder andere naam met zijn ontdekking van het Majorana-deeltje, dat een rol gaat spelen bij de ontwikkeling van de qubit, de informatiedrager in quantumcomputers.

Het Majorana-deeltje zou namelijk een rol kunnen spelen bij het minder gevoelig maken van qubits voor verstoringen van buitenaf. Deze quantumdecoherentie is een van de grootste struikelblokken bij het ontwikkelen van een werkende quantumcomputerschakeling: de levensduur van qubits is vaak zeer kort. Hoe het onlangs ontdekte deeltje gaat helpen bij het tegengaan van decoherentie maakt Kouwenhoven nog niet bekend.

"Als maar één van de duizenden tot miljoenen qubits van een quantumcomputer ten prooi valt aan decoherentie, mislukt de hele quantumberekening", zegt Kouwenhoven. "Het onderzoek in Delft en Leiden is intussen zo ver gevorderd dat we verwachten in de komende jaren een experimentele computerschakeling te bouwen waarin die quantumtoestand is beschermd."

De financiële steun is onderdeel van het Europese subsidieproject ERC Synergy Grant. De TU Delft gaat hem onder andere gebruiken bij het opbouwen van een nieuw laboratorium.

Reacties (30)

Het Majorana-deeltje zou namelijk een rol kunnen spelen bij het minder gevoelig maken van qubits voor verstoringen van buitenaf

Misschien interessant om te vermelden dat het Majorana deeltje eigenlijk helemaal geen echt deeltje is, maar een denkbeeldig deeltje (quasideeltje) dat zijn eigenschappen ontleent aan zijn omgeving.

Zo kun je bijvoorbeeld stellen dat bij een electrische stroom in een rij atomen, waarbij elke electron doorschuift naar de volgende atoom en zo een positief geladen "gat" achterlaat wat vervolgens wordt opgevold door de volgende electron, er een denkbeeldig positief geladen deeltje (dat positieve gat) in omgekeerde richting beweegt (nee, geen positron, dat is een fysiek deeltje dat hier niets mee te maken heeft). Er bestaat dan niet in werkelijkheid een deeltje, maar de gehele situatie bevat eigenlijk alle eigenschappen waardoor je wel kunt spreken van deeltje.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 6 december 2012 11:46]

Thnx voor de uitleg! Begrijp de tekst nu een stukken beter. Wat gaat de technologie hard zeg tegenwoordig. Zoals hierboven in de comments stond aangegeven. Hoogstwaarschijnlijk binnen 15 jaar ''super computers''. Kan me niet voorstellen wat dat dan allemaal niet moet inhouden.

Klopt. Om die reden is het ook niet iets dat door bijvoorbeeld de deeltjesversneller van CERN kan worden gedetecteerd.

Als je bereid bent er wat in te verdiepen is de website met lectures van David Deutsch een aanrader. Iemand die zich al decennia met zaken bezig houdt http://www.quiprocone.org/Protected/DD_lectures.htm.

In het kort kan je stellen dat eerst de stabiliteit van de quatum computer de grootste bottleneck is en ten tweede het schrijven van algorithmes. Dat laatste kan nog een heel leuk vak op universiteiten worden voor de happy few die het begrijpen.

Lijkt me logisch dat er een compiler komt. Nu schrijven programmeurs immers meestal ook niet in machinetaal.

Het gaat niet om de taal waarin je het opschrijft, maar om de algoritmes die je bedenkt. Algoritmiek is sowieso een vak apart waar de meeste programmerende tweakers amper kaas van hebben gegeten, maar is nog wel redelijk goed te begrijpen voor iedereen die er wat tijd insteekt. Quantumalgoritmiek is daarentegen voor de meeste mensen compleet onbegrijpbaar wegens de onintuïtivite aard van de quantum wereld en de complexe algebra die erbij komt kijken.

Het volgende is natuurlijk slechts een globale indicatie, maar kijk voor de grap eens op de wikipedia pagina's voor het conventionele algoritme Quicksort om een lijst te sorteren, en het quantum algoritme Grover's search om een element in een lijst te vinden. Ik hoop dat je het met me eens bent dat die eerste nog redelijk te begrijpen is, zelfs voor iemand die nog nooit wat met programmeren heeft gedaan. De tweede is echter dermate complex dat dat slechts voor enkelen is weggelegd.

Wat taal betreft kunnen ze in feite gewoon in de huidige talen worden omschreven als je gewoon wat extra quantum operatoren toevoegt.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 6 december 2012 16:06]

Ha, super gaaf. Een mooie investering in de toekomst!
Tijdens het Alumni Event 2012 van de TU Delft heeft prof dr. ir. Kouwenhoven het onderzoek van de Majorana deeltjes zeer leuk en begrijpelijk uit de doeken gedaan. De presentatie is te vinden op (vanaf 52:55): http://collegerama.tudelf...ccc41d8a0c8288969f3a6501d

Ik ben het er niet mee eens dat we zo snel al 'super/quantum computers' krijgen. Dat is veel te snel. De ontwikkeling gaat snel, maar we zijn er nog lang niet! Deze opstelling is hoogst waarschijnlijk stervensduur en hardstikke groot. Om dit te verkleinen is nog heel veel geld en tijd nodig. Dat het eraan komt daar twijfel ik niet aan. Het is niet zo dat ik binnen 15 jaar op een quantum computer zit te tikken.
Misschien dat de eerste computers bij google, ibm en microsoft staan. Maar voor consumenten is het nog wel even wachten!

Laten we even supercomputers scheiden van quantumcomputers. Dat is niet hetzelfde!

supercomputers zijn gewoon supersnelle computers. Tegenwoordig is dat meestal in de vorm van geclusterde serversystemen. We hebben dus nu al supercomputers.

quantumcomputers zijn computers die gebruik maken van transistors op quantumniveau. In het geval van dit artikel dus de toestand uitlezen van een qubit.

Overigens zou ik m'n geld de komende 10 jaar eerder inzetten op optische transistors; http://phys.org/news/2012-12-fastest-light-driven.html

Ik denk dat er de mensheid bedoeld werd met 'we'.

En wat dat betreft vind ik het fantastisch

Ik denk dat het niet veel sneller of langzamer zal gaan dan het pad van de eerste computer naar de huiskamer. Omstreeks 1940 werden de eerste bruikbare computers gebouwd door overheden en universiteiten. Het duurde zo'n 35 jaar voordat de consument over een werkbare computer kon beschikken (bijv. de Altair).

Nu zal de ontwikkeling van quantum computing wel wat sneller gaan, dus ik gok dat het voor consumenten zo'n 20 jaar kan duren nadat de eerste quantum computers door overheden in gebruik worden genomen. Ik hoop iig dat ik het nog meemaak

Misschien dat deze docu je van mening doet veranderen: TechnoCalyps

Hmm. Vaag dit. In de quantum mechanica betekend het toch dat als je een qbit uitleest, je hiermee de qbit altijd beïnvloed? Daarnaast bouw je toch checksums in voor eventuele fouten. Idem als in de "normale" computer.Hier vallen de bitjes toch ook wel af en toe om.
Of zie ik dit nu te simpel?

Ja, dat zie je te simpel. De gehele kwantum-staat kun je niet uitlezen. Een enkele qubit, die bijvoorbeeld 75% kans heeft om een 1 te zijn en 25% kans heeft om een 0 te zijn, zal dan gewoon vervallen in een 1 of 0 (met de bijbehorende kans daarop). Wat die kansen waren zul je nooit weten. Je kan het hooguit benaderen door de berekening heel veel keer te herhalen en te tellen wat de uitkomsten waren.

Ook kun je de staat niet kopiëren maar alleen verplaatsen. Op het moment dat de staat vervalt dan ben je het dus ook echt kwijt, vandaar dat dit onderzoek van zo'n essentieel belang is. Het is heel lastig om een deeltje geïsoleerd op te slaan zonder dat het enige interactie heeft met z'n omgeving waardoor de hele kwamtum-berekening de mist in kan gaan.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 6 december 2012 11:26]

Quantummechanica en qubits zijn niet simpel.
Dit blijft toch wel de beste uiteenzetting over hoe qubits werken:
http://arstechnica.com/sc...w-quantum-computers-work/
Het grappige is dat een quantumcomputer dus niet gaat werken als de personal computer die we nu kennen.

Dit heeft dus niets te maken met het vernietigen bij het uitlezen als ik het goed begrijp?

Meer een stabiliteits oplossing klinkt het, en mooi dat het van Nederlandse bodem komt. Dat versterkt onze positie weer op de kennis markt.

Woei! Ik denk dat we in 2020 de echte "Super Computers" kunnen gaan verwachten als dit zo door gaat.

Misschien worden holografisch beeld en dergelijke dan ook redelijk gangbaar als ze het voor elkaar krijgen om de qubits langer in leven te houden

Dit zijn betere dingen om ons geld aan uit te geven, ipv landen redden die al ten dode zijn opgeschreven

[Reactie gewijzigd door Maximilian op 6 december 2012 11:12]

Het ligt misschien aan mij, maar wat heeft quantum computing met holografie te maken? Het grootste probleem is daar volgens mij nog altijd dat je ergens je licht op moet laten vallen voor het zichtbaar word. Iets wat niet lukt zonder ondergrond, en waarom de huidige oplossingen toch het niet helemaal zijn.

Helemaal niets inderdaad. Bovendien zijn quantum computers geen 'general purpose' computers. Ze zijn alleen geschikt voor een heel beperkt domein van berekeningen, bijvoorbeeld voor het zoeken van priem-factoren... (naar ik begrepen heb, not an expert)

Dat waren de eerste computers in 1950 ook, of nog ouder, de turing machine. Die hadden ook alleen maar zeer specifiek domein (voornamelijk algebra). We kunnen nu nog niet eens dromen welke implicaties en toepassingen quantum computing in de toekomst gaat krijgen. Zodra er geld aan verdiend kan worden, zal het hard gaan!

Dat waren de eerste computers in 1950 ook

Totaal niet vergelijkbaar. Het gaat niet zozeer om het door ons bedachte doel van de machine, maar wat het daadwerkelijk kan. De Turing machine was in de jaren 50 al geheel uitgedacht, en vormt nog steeds de basis van onze architectuur. Een quantum computer is wezenlijk anders, en gaat compleet voorbij aan de definitie van een Turing machine. Wat ze heel goed kunnen is het uitvoeren van quantum-algoritmes, zoals bijvoorbeeld Shor's algoritme die in O((log n)³) tijd een getal kan factorizeren, of een Grover's search die in O(√n) tijd kan bepalen of een bepaald element in een ongesorteerde lijst van elementen zit. Dit zijn dingen die onmogelijk zijn met een klassieke turing machine (zo zal de search gemiddeld de helft van de lijst af moeten lopen om te kijken of een element erin staat).

Het zijn specifieke quantum transformaties die dit soort algoritmes mogelijk maken, en waar een quantum computer zijn snelheid vandaan haalt. Maar snel zijn ze nog lang niet - hun ontwikkeling loopt dan ook 50 jaar achter op die van conventionele computers. Het zal dan ook nog een hele lange tijd duren voordat we volledig afstappen van conventionele logic gates omdat die vooralsnog veel sneller hun operaties uit kunnen voeren. In eerste instantie gebruiken we de quantum gates dus vooral voor het uitvoeren van specifieke quantum algoritmes, niet voor het uitvoeren van conventionele code.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 6 december 2012 15:53]

En het leuke is dat diezelfde Turing-machines nu nog steeds als model worden gebruikt voor van alles en nog wat. Elke programmeertaal kan je als Turingmachine zien, waarbij veel talen, zoals C en Java, zelfs Turing-compleet zijn.

wat denk je van proteinecomputing? Vrijwel elke menselijke ziekte is terug te vinden in een mutatie op cel niveau. Als men beter begrijpt hoe deze eiwitten vouwen, dan kunnen ziektes als alzheimer veel beter begrepen worden.
Het directe eiwit kan je dan targeten met ook weer berekende medicijnen.

Ik heb hier slechts oppervlakkige kennis over, maar denk maar eens aan folding@home!

Dat is niet waar. Zodra we uberhaupt in staat zijn een full-function quantum computer te bouwen, kunnen we deze ook andere berekeningen laten uitvoeren dan alleen specifieke algoritmes als priemfactorcalculaties.

of het quantum of mechanische transistors zijn maakt geen donder uit voor het doelgebruik. ipv van een mechanische aan/uit schakelaar maak je gebruik van de toestand van een atoom om een aan/uit (of 0/1) functie te gebruiken (tri-state laat ik dan even buiten beschouwing)

Dus hetgeen wat quantumcomputing met zich meebrengt is gigantische schaalverkleining en heeft dus niks te maken met wat voor gebruik de computer voor bedoeld is.

Dus hetgeen wat quantumcomputing met zich meebrengt is gigantische schaalverkleining en heeft dus niks te maken met wat voor gebruik de computer voor bedoeld is.

Dit is niet het geval. Een quantumcomputer kan bepaalde problemen efficienter oplossen dan een klassieke Turing-machine, uitgaande van de huidige veronderstellingen over de complexiteitshierarchie.

[Reactie gewijzigd door RayNbow op 6 december 2012 15:56]

Ik begon al te denken dat de overheid als nieuwe missie had om alle kenmerken van "kenniseconomie" weg te bezuinigen, en terug te gaan naar een 100% ongeëduceerd boerengat. Leuk dat er af en toe nog aan wordt gedacht dat wat vooruitgang op intellectueel gebied ook wel wenselijk is, al is het dat niet alleen Nederland, maar verscheidene landen van Europa meebetalen aan dit onderzoek.

Poeh heb wel met ze te doen, nu al onder de publieke loep liggen.

Laten we rustig afwachten of ze ook iets weten uit te vinden cq voor elkaar te krijgen!

De technologie waar we over praten hier is tenslotte niet erg eenvoudig.

Wat ik me werkelijk afvraag is of dat 15miljoen euro niet een beetje weinig is voor een onderzoek dat zo een groot globaal effect gaat hebben wanneer deze techniek volwassen(er) is.

Ik kan me haast niet voorstellen dat grote instanties (eg. Effectenbeurzen, Google, noem maar op) niet staan te springen op deze techniek, en er miljoenen (dan niet miljarden) in willen injecteren om dit zo snel mogelijk te laten ontwikkelen