Onderzoekers van het Flatiron Institute (onderdeel van de Simons Foundation) en de Boston University hebben een kwantumfysicaprobleem opgelost met een gewone laptop — een taak waarvan eerder werd gedacht dat die een kwantumcomputer vereiste. Het team gebruikte tensornetwerken om de golffunctie van honderden verstrengelde qubits te comprimeren, en de resultaten kwamen overeen met de theoretische voorspellingen.
Het probleem dat een kwantumcomputer nodig had
Het simuleren van het gedrag van veel verstrengelde qubits is berucht moeilijk voor klassieke computers. Naarmate het aantal qubits toeneemt, groeit de hoeveelheid gegevens die nodig is om hun kwantumtoestand te beschrijven exponentieel. Voor honderden qubits zou die data normaal gesproken het geheugen van elke klassieke machine overschrijden. Daarom werden dergelijke simulaties beschouwd als een taak voor kwantumcomputers, die van nature met verstrengeling omgaan.
Hoe tensornetwerken het mogelijk maakten
Het team van het Center for Computational Quantum Physics greep naar tensornetwerken — een wiskundig hulpmiddel dat een grote kwantumtoestand in een gecomprimeerde vorm kan weergeven. Door de structuur van verstrengeling te benutten, reduceerden ze de golffunctie tot een omvang die paste in het geheugen van een laptop. De compressie ging niet ten koste van de nauwkeurigheid; de uitvoer van de laptop kwam exact overeen met de theoretische voorspellingen.
Wat de laptopresultaten betekenen
Het werk laat zien dat sommige kwantumproblemen kunnen worden aangepakt met klassieke methoden, wat mogelijk het scala aan problemen vergroot dat zonder kwantumhardware kan worden opgelost. Het betekent niet dat kwantumcomputers overbodig zijn — ze blinken nog steeds uit in taken zoals het ontbinden van grote getallen of het simuleren van bepaalde kwantumsystemen. Maar voor specifieke simulaties kan een goed gekozen klassiek algoritme verder gaan dan verwacht.
De onderzoekers hebben geen volgende stappen aangekondigd, maar de aanpak zou kunnen worden toegepast op andere kwantumsystemen. De vraag is nu hoeveel andere problemen waarvan men dacht dat ze een kwantumcomputer nodig hadden, in werkelijkheid op een laptop kunnen worden opgelost.
