Een onverwachte uitdaging voor kwantumsuperioriteit. Fysici van het Center for Computational Quantum Physics van het Flatiron Institute, onderdeel van de Simons Foundation, hebben samen met collega's van de Boston University aangetoond dat een probleem dat voorheen als onoplosbaar voor klassieke computers werd beschouwd, gesimuleerd kan worden op een gewone machine - en zelfs op een laptop.
Het debat begon in maart 2025, toen een groep onderzoekers een baanbrekende claim publiceerde in het tijdschrift Science: ze hadden het gedrag van een complex kwantumsysteem gesimuleerd op een kwantumcomputer, en dit zou onmogelijk te herhalen zijn met klassieke middelen. Joseph Tindall, een wetenschapper van Flatiron, trok sceptisch een wenkbrauw op bij het horen van deze bewering. Hij en zijn collega's besloten te onderzoeken of het probleem inderdaad onoplosbaar was.
De kern van het onderzoek is de simulatie van systemen met honderden interagerende qubits, gerangschikt in vierkante, kubische en andere regelmatige roosters. Dit is precies het probleem dat tegenstanders als onmogelijk voor klassieke berekeningen bestempelden - er zouden tienduizenden jaren continue berekeningen voor nodig zijn.
De oplossing werd gevonden in tensornetwerken - een wiskundig hulpmiddel dat de enorme golffunctie van een kwantumsysteem letterlijk 'comprimeert', vergelijkbaar met hoe een ZIP-archief bestanden comprimeert. Dit vermindert drastisch de hoeveelheid informatie die verwerkt moet worden. Tindall voerde de eerste berekeningen uit op een laptop met behulp van de ITensor-bibliotheek, ontwikkeld door zijn collega's in het Centrum. Het resultaat was verbluffend: een probleem waar een kwantumcomputer uren over deed, loste een klassieke laptop in 30 minuten op. Op sommige laptops duurden de berekeningen tot twee uur en vereisten ze slechts 40 megabyte RAM - minder dan de omvang van een eenvoudige video op sociale media.
De sleutel tot het succes was een aangepast algoritme voor 'belief propagation', dat teruggaat tot de jaren 80. Tindall en zijn team pasten deze oude methode aan voor kwantumsystemen, en wisten er een potentieel uit te halen dat decennia lang over het hoofd was gezien. De aanpak is goedkoper en sneller dan alternatieve methoden, hoewel iets minder nauwkeurig - maar wel acceptabel nauwkeurig voor praktische toepassingen.
Wat vooral indrukwekkend is: de resultaten kwamen niet alleen overeen met theoretische voorspellingen, maar ook met gegevens verkregen van een echte kwantumcomputer. De nauwkeurigheid bereikte een niveau dat voor de klassieke wetenschap onbereikbaar leek. Dit betekent dat het kwantumvoordeel voor dit specifieke probleem óf zeer beperkt is, óf simpelweg niet bestaat.
De wetenschappers benadrukken de belangrijkste conclusie: klassieke en kwantumcomputers zijn geen vijanden, maar bondgenoten. Klassieke simulaties helpen overdreven claims van kwantumsuperioriteit te ontkrachten en beter te begrijpen waar kwantumapparaten werkelijk nuttig voor zijn. Tegelijkertijd inspireert elke doorbraak in kwantumhardware ontwikkelaars tot nieuwe klassieke methoden en algoritmen.
Nu gaat het team van Tindall verder met een complexere uitdaging: het simuleren van elektronen die zich tussen de knooppunten van een rooster kunnen verplaatsen. Deze systemen zijn nog ingewikkelder en dichter bij echte kwantummaterialen - magneten, supergeleiders, exotische stoffen die fysici willen synthetiseren en begrijpen. Het onderzoek toont aan dat de grens tussen de klassieke en de kwantumwereld vager is dan gedacht, en dat beide benaderingen elkaar zullen helpen op weg naar echte doorbraken.
