Google Quantum AI Diep Duik 2025: Willow Chip Doorbraak & De Race naar Quantum Supremacy
⚡ TL;DR - Belangrijkste opmerkingen
- Willow Chip: 105-qubit supergeleidende processor bereikt exponentiële foutreductie - eerste systeem dat foutcorrectiebarrière onder de drempel overschrijdt
- Algoritme voor kwantumecho's: 13.000× snelheidsverbetering ten opzichte van Frontier-supercomputer in natuurkundesimulatie aangetoond - controleerbaar kwantumvoordeel bereikt
- Random Circuit Sampling (RCS): Voltooide benchmark in minder dan 5 minuten vs. 10 septiljoen jaar voor klassieke computers
- Stappenplan in vijf fasen: Duidelijk kader van ontdekking tot toepassing in de praktijk - gericht op praktische toepassingen aan het eind van de jaren 2020
- Cirq & Google Cloud Integratie: Open-source Python framework met cloud-toegang democratiseert quantumontwikkeling
- 2026-2029 Prognoses: Focus op kwantumverrijkte detectie, materiaalwetenschap, ontdekking van medicijnen met fouttolerante systemen tegen het einde van het decennium
Quantum Echo's: Naar echte wereldtoepassingen - Google Quantum AI Officieel (6:41)
Hoofdstuk 1: De Willow Chip - Doorbreken van de foutcorrectiebarrière
1.1 Van plataan tot wilg: De kwantumevolutie van Google
In de vijf jaar sinds Sycamore bereikt kwantumsuprematie in 2019, Quantum AI is bezig aan een niet aflatende mars naar praktische, fouttolerante kwantumcomputing. De onthulling in december 2024 van Wilg - Google's nieuwste 105-qubit supergeleidende processor - markeert een keerpunt in deze reis: de eerste keer dat een kwantumsysteem heeft bereikt exponentiële foutreductie naarmate het groter wordt.
Deze doorbraak, gepubliceerd in Natuuris het hoogtepunt van tientallen jaren theoretisch werk aan kwantumfoutcorrectie. Willows prestatie van onder de drempel foutcorrectie betekent dat naarmate Google meer qubits toevoegt om grotere logische qubits te creëren, fouten exponentieel afnemen in plaats van toenemen - een fundamentele vereiste voor het bouwen van miljoen-qubit fouttolerante kwantumcomputers.
(Supergeleidend)
(Quantum Echo's)
vs 5 minuten (Quantum)
(Stand van de techniek)
1.2 Technische architectuur: Hoe Willow werkt
Supergeleidende Qubits: Willow gebruikt transmon-achtige supergeleidende qubits gekoeld tot 15 millikelvin - kouder dan de ruimte - om kwantummechanische effecten te benutten. Elke qubit is een piepkleine supergeleidende lus onderbroken door een Josephson junction, die een anharmonische oscillator vormt die in superpositie kan bestaan.
Foutcorrectie oppervlaktecode: Het Willow-team implementeerde twee afstand-7 en afstand-5 oppervlaktecode logische qubits en toonde aan dat grotere logische qubits (d=7 met 49 dataqubits) het volgende vertonen de helft van het foutenpercentage van kleinere (d=5 met 25 data qubits). Deze exponentiële verbetering is de heilige graal van kwantumfoutcorrectie - het betekent dat schalen werkt.
Belangrijke doorbraak: Decoderen in realtime
De foutcorrectiedecoder van Willow werkt in real-time - Het kan fouten sneller opsporen en corrigeren dan ze zich opstapelen. Het systeem gebruikt een aangepaste realtime decoder dat syndroommetingen met een microseconde latentie verwerkt, wat essentieel is voor het behouden van logische qubit coherentie tijdens lange berekeningen.
Qubit kwaliteitsverbeteringen: Willow bereikt T1 coherentietijden die 100 microseconden benaderen, tegenover ~50 microseconden in vorige generaties. Twee-qubit poortfoutenpercentages liggen rond 0,15% mediaan, waarbij de beste poorten 0,10% bereiken - en daarmee de drempelwaarde voor oppervlaktecode van ~1% benaderen.
1.3 Steekproefsgewijs circuit: De ultieme benchmark
Om de rekenkracht van Willow te demonstreren, voerde Google een Willekeurige circuitbemonstering (RCS) benchmark - een probleem dat speciaal is ontworpen om moeilijk te zijn voor klassieke computers, maar haalbaar voor kwantumsystemen. Willow voltooide de RCS-berekening in minder dan 5 minuteneen taak waar 's werelds snelste supercomputer 10 septiljoen (1025) jaren - veel langer dan de leeftijd van het universum.
Dit is niet zomaar een salontrucje. RCS dient als een rigoureuze stresstest van kwantumhardware, waarbij precieze controle over alle qubits tegelijk vereist is, terwijl de kwantumcoherentie doorheen de berekening behouden blijft. Dat Google in staat is om RCS op deze schaal uit te voeren, toont aan dat Willow een kritieke drempel in kwantumcontrole heeft overschreden.
Google's Quantum Computer Maakt Doorbraak - CBS News Coverage (2:59)
Hoofdstuk 2: Quantum Echo's - Verifieerbaar Quantum Voordeel
2.1 Voorbij quantum suprematie: Toepassingen in de echte wereld
Terwijl kwantum suprematie (nu vaak "kwantumvoordeel" genoemd) bewees dat kwantumcomputers beter kunnen presteren dan klassieke systemen op sommige taken, wezen critici erop dat RCS geen praktisch nut heeft. De aankondiging in oktober 2025 van Quantum Echo's verandert alles: Google demonstreerde verifieerbaar kwantumvoordeel op een wetenschappelijk bruikbaar probleem.
Het Quantum Echoes-algoritme simuleert de dynamica van kwantumsystemen om te meten out-of-time-order correlatoren (OTOC's) - een grootheid die laat zien hoe kwantuminformatie vervormt in veel-lichaamssystemen. Dit probleem is direct relevant voor:
- Nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie: Uitbreiding van NMR-technieken om complexe moleculaire dynamica te onderzoeken
- Fysica van gecondenseerde materie: Inzicht in kwantumchaos en thermalisatie in materialen
- Onderzoek naar kwantumzwaartekracht: Studie van informatieparadoxen bij zwarte gaten en holografische dualiteit
- Ontdekking van geneesmiddelen: Simuleren van eiwitvouwing en moleculaire interacties
(Wilgenverwerker)
(Grens bij ORNL)
(Verifieerbaar)
(OTOC-simulatie)
2.2 De wetenschap achter kwantumecho's
Het Quantum Echoes-algoritme maakt gebruik van symmetriebescherming en post-selectie technieken om het kwantum signaal van OTOC(2) interferentie effecten te versterken. Dit is waarom het zo krachtig is:
- Controleerbaarheid: In tegenstelling tot RCS kunnen klassieke computers de resultaten van Quantum Echoes verifiëren op kleinere instanties, wat vertrouwen geeft in grotere berekeningen.
- Wetenschappelijk nut: Het algoritme lost problemen op waar natuurkundigen echt om geven, geen synthetische benchmarks
- Schaalbaarheid: Het exponentiële kwantumvoordeel groeit met de grootte van het probleem, waardoor grotere kwantumsystemen steeds waardevoller worden
- Robuustheid: Het algoritme is bestand tegen ruis en bereikt signaal-ruisverhoudingen van 2-3, zelfs op ruisgevoelige quantumhardware op intermediaire schaal (NISQ).
De demonstratie van oktober 2025 draaide Quantum Echoes op een 65-qubit subset van de processor van Willow, waarbij de simulatie in 2,1 uur werd voltooid tegenover 3,2 jaar voor de Frontier supercomputer van Oak Ridge National Laboratory - 's werelds snelste klassieke supercomputer. Cruciaal is dat Google de kwantumresultaten kon vergelijken met klassieke simulaties op kleinere instances, wat de nauwkeurigheid bevestigde.
"Quantum Echoes vertegenwoordigt de eerste keer dat we verifieerbare kwantumvoorsprong hebben bereikt op een wetenschappelijk bruikbaar probleem. Dit is het moment waarop het veld heeft gewacht - kwantumcomputers die echte problemen sneller oplossen dan klassieke systemen, met resultaten die we kunnen vertrouwen."
- Hartmut Neven, directeur van Google Quantum AI
2.3 Implicaties voor toepassingen op de korte termijn
De doorbraak van Quantum Echoes opent de deur naar praktisch kwantumvoordeel in de periode 2026-2029 voor specifieke toepassingen:
- Materiaalkunde: Simuleren van faseovergangen en exotische quantummaterialen
- Ontdekking van geneesmiddelen: Modelleren van eiwit-ligand interacties en reactiepaden
- Kwantumchemie: Moleculaire eigenschappen berekenen voor katalyse en energieopslag
- Fysica van gecondenseerde materie: Inzicht in supergeleiding bij hoge temperatuur en topologische materialen
Google schat dat quantumversterkte NMR-spectroscopie zou binnen vijf jaar praktisch kunnen worden, waardoor farmaceutische bedrijven moleculaire structuren en dynamica kunnen onderzoeken op manieren die onmogelijk zijn met klassieke methoden.
Google's Quantum Computer heeft zojuist alles veranderd - 13.000× sneller dan supercomputers! (3:15)
🗺️ Deel 3: De routekaart in vijf fasen naar kwantumbruikbaarheid
3.1 Google's framework voor de ontwikkeling van quantumtoepassingen
In november 2025 publiceerde Google Quantum AI een vijffasenmodel waarin het pad wordt geschetst van abstracte kwantumalgoritmen naar echte toepassingen. Deze routekaart, gedetailleerd in arXiv:2511.09124biedt de meest uitgebreide visie tot nu toe voor hoe kwantumcomputing de overgang zal maken van onderzoekslaboratoria naar productieomgevingen.
Doel: Nieuwe kwantumalgoritmen ontwikkelen die theoretisch exponentiële of polynomiale snelheden bieden ten opzichte van klassieke methoden.
Status: Honderden algoritmen gepubliceerd; belangrijke mijlpalen zijn het algoritme van Shor (factoring), het algoritme van Grover (zoeken), het HHL-algoritme (lineaire systemen) en variationele kwantumeigenaarsoplossen (VQE) voor chemie.
Uitdagingen: Veel algoritmen vereisen fouttolerante hardware; onduidelijk is welke in de praktijk nuttig zal blijken.
Doel: Concrete probleemgevallen identificeren waarin kwantumvoordeel kan worden aangetoond en geverifieerd ten opzichte van klassieke methoden.
Status: ✅ Bereikt met Quantum Echoes (oktober 2025): Eerste verifieerbare kwantumvoordeel op een wetenschappelijk bruikbaar probleem - OTOC-simulatie met 13.000× versnelling.
Belangrijkste inzicht: Richt je op problemen waarbij kwantumresultaten klassiek geverifieerd kunnen worden op kleinere instanties, en schaal dan op naar regimes waar klassieke simulatie onmogelijk wordt.
Doel: Fase II probleeminstanties koppelen aan specifieke real-world use cases die economische of wetenschappelijke waarde opleveren.
Status: 🔄 In uitvoering: Quantum Echoes maakt uitbreiding van NMR-spectroscopie mogelijk; er worden samenwerkingsverbanden gevormd op het gebied van farmaceutica en materiaalkunde.
Uitdaging: "Kenniskloof" tussen ontwikkelaars van kwantumalgoritmen en domeinexperts (chemici, materiaalwetenschappers, medicijnontwerpers). AI wordt onderzocht als brug om literatuur te scannen en verbanden te identificeren.
Tijdlijn: Google schat de eerste echte kwantumtoepassingen binnen 5 jaar (2030) voor kwantumverrijkte detectie en moleculaire simulatie.
Doel: Gedetailleerde schatting van bronnen uitvoeren - hoeveel logische qubits, poorten, runtime en foutpercentages zijn nodig voor productie-implementatie.
Voorbeeld: Het simuleren van FeMoco (ijzer-molybdeen-cofactor in het stikstofase-enzym) voor kunstmesttoepassingen vereiste oorspronkelijk 1011 Toffoli poorten en 109 fysieke qubits (schattingen uit 2010). Tegen 2025 hebben verbeterde algoritmen dit teruggebracht tot 108-109 poorten en 106 qubits - nog steeds ontmoedigend maar bijna haalbaar.
Focus: Algoritmeoptimalisatie, circuitcompilatie, foutcorrectiecodeselectie, hardware-software co-ontwerp.
Tijdlijn: Midden 2020 tot begin 2030 als fouttolerante systemen online komen.
Doel: Kwantumcomputers integreren in productieworkflows naast klassieke HPC, cloudinfrastructuur en domeinspecifieke softwarestacks.
Vereisten: Kwantumvoordeel op volledige end-to-end toepassing (niet alleen een rekenkundige subroutine); schaalbare toegang via cloud-API's; opgeleide arbeidskrachten; regelgevende kaders.
Status: 🔮 Toekomst (2030): Er zijn nog geen toepassingen die fase V hebben bereikt. Google Quantum AI, IBM Quantum en andere leveranciers bouwen vooruitlopend hierop cloudinfrastructuur.
3.2 De "algoritme-eerst" benadering
De routekaart van Google legt de nadruk op een algoritme-eerst ontwikkelingsstrategiebegint met Fase II (het vinden van verifieerbaar kwantumvoordeel op probleemgevallen) in plaats van meteen naar Fase III use case identificatie te springen. Waarom?
- Verificatie is essentieel: Zonder de mogelijkheid om kwantumresultaten te verifiëren, kun je ze niet vertrouwen voor toepassingen waar veel op het spel staat
- Er zijn hiaten in onze kennis: Kwantumonderzoekers beschikken vaak niet over domeinexpertise, en omgekeerd - om verbanden te vinden is systematisch onderzoek nodig
- Serendipiteit is belangrijk: Sommige van de beste toepassingen kunnen voortkomen uit onverwachte connecties (bijv. Quantum Echo's die NMR-uitbreidingen mogelijk maken was a priori niet voor de hand liggend).
- Schattingen van hulpbronnen evolueren: Fase IV optimalisatie kan de benodigde bronnen met ordes van grootte verminderen, waardoor voorheen onmogelijke toepassingen haalbaar worden.
De kenniskloof overbruggen met AI
Google onderzoekt het gebruik van grote taalmodellen (LLM's) om de kenniskloof tussen onderzoekers van kwantumalgoritmen en domeinexperts te overbruggen. Door AI-systemen te trainen om natuurkundige, scheikundige en materiaalkundige literatuur te scannen, hopen ze automatisch verbanden te leggen tussen kwantumalgoritmen (Fase II) en echte problemen (Fase III). Dit "AI for quantum application discovery" initiatief vertegenwoordigt een innovatie op meta-niveau in de ontwikkeling van kwantumcomputing.
Hoofdstuk 4: De softwarestack - Cirq en het Google Quantum AI-platform
4.1 Cirq: Google's open-source kwantumraamwerk
Cirq is Google's Python-bibliotheek voor het schrijven, simuleren en uitvoeren van kwantumcircuits op Google's kwantumprocessoren en andere ondersteunde hardware. Cirq, uitgebracht in 2018 en actief ontwikkeld tot 2025, is een van de populairste kwantumprogrammeerframeworks geworden naast IBM's Qiskit en Rigetti's PyQuil.
Belangrijkste kenmerken:
- Ondersteuning voor native poortset: Cirq is ontworpen voor quantumhardware voor de nabije toekomst, met native ondersteuning voor de gatesets die worden gebruikt op de supergeleidende processors van Google (bijvoorbeeld √iSWAP, sycamore gates).
- Realistische geluidsmodellering: Ingebouwde ruismodellen voor supergeleidende qubits, inclusief T1/T2 decoherentie, poortfouten en meetfouten
- Aangepaste circuitcompilatie: Fijnkorrelige controle over circuitcompilatie en optimalisatie voor specifieke hardwaretopologieën
- Integratie met TensorFlow Quantum: Naadloze samenwerking met TensorFlow Kwantum voor hybride kwantum-klassieke machinaal leren
- Toegang tot de cloud: Directe integratie met Google Quantum AI kwantumprocessoren via Google cloud
| Kader | Bedrijf | Primaire hardware | Taal | Sterke punten |
|---|---|---|---|---|
| Cirq | Supergeleidende qubits (Sycamore, Wilg) | Python | NISQ-focus op korte termijn; TensorFlow-integratie; realistische ruismodellen | |
| Qiskit | IBM | Supergeleidende qubits (Heron, Condor) | Python | Grootste ecosysteem; uitgebreide algoritmenbibliotheek; cloud-toegang |
| PennyLane | Xanadu | Photonic (Borealis); agnostische plugins | Python | Quantum machine learning focus; autodiff; hardware-agnostisch |
| Q# | Microsoft | Topologische qubits (toekomst); simulatoren | Q# (C#-achtig) | Fouttolerante focus; schatting van bronnen; Azure-integratie |
| Braket SDK | Amazon | Hardware-agnostisch (IonQ, Rigetti, OQC) | Python | Toegang voor meerdere leveranciers; AWS-ecosysteem; pay-per-shot prijsstelling |
4.2 Google Quantum AI-platform: Toegang tot de cloud
Onderzoekers en ontwikkelaars hebben toegang tot de kwantumprocessoren van Google via Google cloud met Cirq. Vanaf 2025 biedt Google:
- Dienst kwantumrekenen: API-toegang tot Google's kwantumprocessors met op quota gebaseerde toewijzing
- Quantum simulatoren: Snelle klassieke simulators voor circuits tot ~30-40 qubits
- Partnerschappen voor onderzoek: Google Quantum AI werkt samen met academische instellingen en bedrijven om specifieke quantumprocessortijd te bieden voor onderzoeksprojecten
- Leermiddelen: Tutorials, codelabs en leermateriaal voor onderwijs in kwantumcomputers
In tegenstelling tot IBM's open Quantum Network aanpak (die gratis publieke toegang tot sommige systemen biedt), is Google's toegang tot quantum hardware beperkter en vereist meestal onderzoekspartnerschappen of commerciële overeenkomsten. Google compenseert dit echter met uitgebreide educatieve middelen en toegang tot simulators.
4.3 De Quantum AI Campus: Infrastructuur op schaal
Google's Quantum AI Campus in Santa Barbara, Californië, is een van de meest geavanceerde kwantumcomputingfaciliteiten ter wereld. De campus werd onthuld in 2021 en uitgebreid tot 2025:
- Specifieke productiefaciliteiten: Aangepaste supergeleidende qubit fabricage cleanrooms geoptimaliseerd voor snelle prototyping
- Cryogene infrastructuur: Tientallen verdunningskoelkasten koelen kwantumprocessoren tot 15 millikelvin
- Besturingselektronica: Kamertemperatuurregelsystemen met real-time feedback voor foutcorrectie
- Integratie van datacenters: Co-located klassieke HPC voor hybride kwantum-klassieke algoritmen en simulatie
De campus vertegenwoordigt meer dan $1 miljard aan investeringen in infrastructuur en biedt werk aan honderden onderzoekers, ingenieurs en technici die werken aan kwantumhardware, software, algoritmen en toepassingen.
Een quantumcomputer programmeren met Cirq - IBM-technologiebegeleiding (6:00)
Hoofdstuk 5: Prognoses voor 2026-2029 - De weg naar fouttolerantie
5.1 Hardware Roadmap: Voorbij Willow
Hoewel Google niet publiekelijk een gedetailleerde post-Willow hardware roadmap heeft vrijgegeven (in tegenstelling tot IBM's gedetailleerde Nighthawk → Kookaburra → Cockatoo → Starling plan), suggereren industrieanalisten en Google-publicaties het volgende traject:
Doel: 10-20 logische qubits demonstreren die gelijktijdig werken met foutcorrectie onder de drempel.
Hardware: ~500-1000 fysieke qubit-processor geoptimaliseerd voor oppervlaktecode; verbeterde connectiviteit voor magische destillatie.
Mijlpaal: Kleinschalige fouttolerante algoritmen uitvoeren (bijvoorbeeld kwantumfaseschatting op kleine moleculen) met logische qubits.
Doel: Modulaire architectuur voor kwantumcomputers ontwikkelen met meerdere verbonden kwantumprocessoren.
Hardware: Quantum interconnects die communicatie tussen afzonderlijke quantum processors mogelijk maken; elke module bevat 100-500 qubits.
Mijlpaal: Gedistribueerd kwantumrekenen demonstreren met logische qubits die gedeeld worden door modules.
Doel: 100+ logische qubits bereiken die wetenschappelijk nuttige fouttolerante algoritmen kunnen uitvoeren.
Hardware: 10.000+ fysiek qubit-systeem met geavanceerde foutcorrectiecodes (mogelijk verder dan oppervlaktecodes; bijvoorbeeld low-density parity-check codes).
Toepassingen: Kwantumchemische simulaties voor het ontdekken van medicijnen; materiaalkunde; optimalisatieproblemen in logistiek en financiën.
5.2 Ontwikkeling van algoritmen: Van NISQ naar fouttolerantie
De algoritmeontwikkelingsstrategie van Google overbrugt de kloof tussen noisy intermediate-scale quantum (NISQ) apparaten zoals Willow en toekomstige fouttolerante systemen:
- 2025-2026: NISQ-toepassingen: Focus op variationele quantumalgoritmen (VQA) die bestand zijn tegen ruis: variationele quantum-eigensolvers (VQE), quantum approximate optimization algorithm (QAOA), quantum machine learning (QML) toepassingen.
- 2026-2027: Fout-gemitigeerde NISQ: Combineer NISQ-hardware met foutbeperkingstechnieken (extrapolatie zonder ruis, probabilistische foutannulering) om de bruikbaarheid te vergroten zonder volledige foutcorrectie.
- 2027-2029: Vroege fouttolerantie: Kleinschalige fouttolerante algoritmen uitvoeren op 10-100 logische qubits: kwantumfaseschatting, kwantumchemiesimulaties, kwantumzoeken op gestructureerde problemen
- 2029+: Fouttolerantie op nutsschaal: Doelproblemen waarvoor 100-1000 logische qubits nodig zijn: cryptografie (Shor's algoritme), ontdekking van materialen, ontwerp van medicijnen, financiële modellering
5.3 Toepassingsfocusgebieden
Op basis van Google's stappenplan in vijf fasen en de doorbraak van Quantum Echoes geeft het bedrijf prioriteit aan de volgende verticals van toepassingen voor 2026-2029:
(Moleculaire Simulatie)
(Katalysatorontwerp)
(Vouwing van eiwitten)
(NMR-verbetering)
Kwantum-ondersteunde detectie (2026-2030)
Het Quantum Echoes-algoritme maakt quantumversterkte NMR-spectroscopie voor farmaceutische R&D direct mogelijk. Google schat dat dit binnen 5 jaar een commercieel levensvatbare toepassing kan worden, waardoor medicijnfabrikanten moleculaire structuren kunnen onderzoeken met een ongekende gevoeligheid.
Materiaalwetenschappen (2027-2031)
Het simuleren van materialen op kwantumniveau (supergeleiders, topologische materialen, katalysatoren) vereist het oplossen van complexe elektronische structuurproblemen. Google werkt samen met materiaalwetenschappelijke bedrijven om moleculen te identificeren waarbij kwantumsimulatie voordelen biedt ten opzichte van klassieke DFT-berekeningen (density functional theory).
Ontdekking van geneesmiddelen (2028-2032)
Het modelleren van eiwit-ligand bindingsinteracties, het voorspellen van eigenschappen van medicijnmoleculen en het simuleren van biochemische reactiepaden zijn grote uitdagingen in de computationele biologie. Google werkt samen met farmaceutische partners om kwantumalgoritmen voor deze problemen te ontwikkelen, hoewel de meeste toepassingen fouttolerante systemen vereisen met meer dan 100 logische qubits.
Optimalisatie (2029+)
Hoewel QAOA (quantum approximate optimization algorithm) kan draaien op NISQ-hardware, vereist het bereiken van quantumvoordeel op echte optimalisatieproblemen (logistiek, portfolio-optimalisatie, toeleveringsketen) waarschijnlijk fouttolerante systemen. Google onderzoekt hybride kwantumklassieke benaderingen in samenwerking met klanten van Google Cloud.
5.4 Concurrentielandschap: Google vs. IBM vs. Atom Computing vs. IonQ
| Bedrijf | 2025 Status | 2026-2029 Routekaart | Sterke punten | Uitdagingen |
|---|---|---|---|---|
| Google Quantum AI | Wilg 105 qubits; QEC onder de drempel; 13.000× voordeel | Modulaire architectuur; 100+ logische qubits in 2029 | Eerste QEC onder de drempel; Quantum Echoes verifieerbaar voordeel; diepgaande AI/ML expertise | Beperkte externe toegang; kleiner aantal qubits vergeleken met IBM; strikt ecosysteembeheer |
| IBM Kwantum | Nighthawk 120q (eind 2025); Loon QEC demo; Starling stappenplan tot 2029 | 200 logische qubits in 2029; 100M poorten; FTQC op nutsschaal | Gedetailleerde openbare routekaart; open cloud-toegang; grootste kwantumnetwerk (200+ partners) | QEC nog niet onder de drempel; concurreren met eigen klassieke business; langzamere gate-tijden |
| Atom Computergebruik | 1.225-qubit neutraal atoom (2024); opschaling naar 1.500+ (2025) | 5.000+ qubits tegen 2027; fouttolerant tegen 2028 | Hoogste aantal ruwe qubits; lange coherentie; herconfigureerbare connectiviteit | Gatesnelheden lager dan supergeleidend; QEC onvolwassen; beperkte softwarestack |
| IonQ | IonQ Forte (36 qubits, #AQ 35); Tempo (2025) richt zich op #AQ 64+. | 100+ qubits in 2028; foutgecorrigeerde logische qubits | Hoogste poortbetrouwbaarheid (99,9%+); universele connectiviteit; lange coherentie | Laag aantal qubits in vergelijking met rivalen; uitdagingen bij het schalen met gevangen ionen; beperkte algoritmedemo's |
| QuEra / Harvard | 256-qubit neutraal atoom (Aquila); analoge kwantumsimulatie | 1000+ qubit systemen; hybride analoog-digitaal | AWS Braket toegang; sterke academische banden; programmeerbare Rydberg fysica | Analoog-eerst (beperkt gate-model); vroege commercialisatiefase; kleiner bedrijf |
⚠️ De race begint te lopen
De Willow-demonstratie van Google heeft de concurrentie op het gebied van kwantumcomputing verhevigd. IBM reageerde met de aankondiging van een versnelde roadmap (Nighthawk, Loon). Atom Computing kondigde partnerschappen aan met DARPA en commerciële klanten. IonQ haalde extra financiering op om trapped-ion systemen op te schalen. China's kwantuminspanningen (Zuchongzhi, Jiuzhang fotonische systemen) blijven vooruitgaan, maar met minder publieke details. De periode 2026-2029 zal bepalen welke bedrijven praktisch kwantumvoordeel behalen op commercieel relevante problemen.
Hoofdstuk 6: Google's Quantum Ecosysteem & Partnerschappen
6.1 Academische samenwerkingen
Google Quantum AI onderhoudt nauwe banden met vooraanstaande universiteiten:
- UC Santa Barbara: Gevestigde campus; gezamenlijke faculteitsbenoemingen; PhD-studentenpijplijn
- Caltech: Samenwerking aan kwantumfoutcorrectietheorie; co-auteur van Willow Nature-paper
- MIT: Ontwikkeling van kwantumalgoritmen; onderzoek naar kwantummachineleren
- Harvard: Kwantumfysica van vele lichamen; onderzoek naar koude atoomovergangen
- Stanford: Kwantumnetwerken; onderzoek naar kwantumcryptografie
6.2 Zakelijke partnerschappen
In tegenstelling tot IBM's brede Quantum Netwerk, streeft Google naar gerichte strategische partnerschappen:
- Google Cloud-klanten: Bepaalde bedrijfspartners (niet bij naam genoemd) verkennen kwantumalgoritmen voor industriespecifieke problemen
- Farmaceutische bedrijven: Samenwerkingsverbanden op het gebied van de ontdekking van kwantumversterkte geneesmiddelen (details onder NDA)
- Materiaalkundige bedrijven: Samenwerking op het gebied van katalysatorontwerp voor energietoepassingen
6.3 Quantum AI onderzoeksinitiatieven
Google gebruikt zijn AI-expertise om de ontwikkeling van quantumcomputing te versnellen:
- TensorFlow Quantum: Open-source bibliotheek voor hybride kwantum-klassieke machine-learning
- AI voor kwantumcontrole: Machinaal leren gebruiken om qubitkalibratie en poortreeksen te optimaliseren
- LLM's voor het ontdekken van kwantumtoepassingen: Experimenteel gebruik van grote taalmodellen om kwantum-klassieke verbanden te identificeren
- Kwantumneurale netwerken: Onderzoek naar kwantumanalogen van diep leren
Interactieve AI onderzoeksopdrachten
Ontdek deze onderwerpen met AI-assistenten
Kopieer en plak deze aanwijzingen in ChatGPT, Claude of andere AI-assistenten om de doorbraken van Google Quantum AI grondig te verkennen:
"Leg uit hoe de Willow-chip van Google kwantumfoutcorrectie onder de drempelwaarde bereikt met behulp van oppervlaktecodes. Wat is de betekenis van de afstand-7 logische qubit met de helft van de foutmarge van de afstand-5 logische qubit? Wat zijn de benodigde middelen (fysieke qubits, poorttijden, meetcycli) voor het schalen van oppervlaktecodes naar 100 logische qubits?"
"Google's Quantum Echoes-algoritme voor het meten van out-of-time-order correlatoren (OTOC's) afbreken. Waarom is dit probleem moeilijk voor klassieke computers maar hanteerbaar voor kwantumsystemen? Hoe bereikt het algoritme verifieerbaar kwantumvoordeel? Wat zijn de implicaties voor NMR spectroscopie en het ontdekken van medicijnen?"
"Vergelijk Google's supergeleidende qubit-benadering (Willow) met IBM's supergeleidende qubits (Nighthawk), IonQ's opgesloten ionen, Atom Computing's neutrale atomen en PsiQuantum's fotonica. Wat zijn de compromissen in poortsnelheid, coherentietijd, connectiviteit, schaalbaarheid en foutcorrectie? Welke modaliteit heeft de meeste kans om als eerste utility-scale quantum computing te bereiken en waarom?"
"Analyseer Google's raamwerk met vijf fasen voor de ontwikkeling van kwantumtoepassingen (Ontdekking, Het vinden van probleemgevallen, Voordeel uit de echte wereld, Techniek voor gebruik, Toepassing uitrollen). Wat is de 'kenniskloof'-uitdaging in Fase III? Hoe gebruikt Google AI om deze kloof te overbruggen? Geef voorbeelden van algoritmen in elke fase vanaf 2025."
"Vergelijk Google's Cirq framework met IBM's Qiskit op het gebied van: 1) hardware-abstractie en native gate-set ondersteuning, 2) ruismodellering en simulatiemogelijkheden, 3) algoritmabibliotheken en toepassingsfocus, 4) cloud-toegang en hardwarebeschikbaarheid, 5) ontwikkelaarsgemeenschap en ecosysteemvolwassenheid. Welk framework zou een quantumontwikkelaar in 2025 moeten kiezen en waarom?"
"Maak onderscheid tussen 'kwantumovermacht', 'kwantumvoordeel' en 'verifieerbaar kwantumvoordeel'. Hoe verschilde Google's 2019 Sycamore demonstratie (RCS in 200 seconden vs 10.000 jaar klassiek) van de 2025 Quantum Echoes demonstratie (13.000× versnelling op OTOC simulatie)? Waarom is verifieerbaarheid cruciaal voor toepassing in de echte wereld? Wanneer zullen we kwantumvoordeel zien op commercieel waardevolle problemen?"
❓ Veelgestelde vragen (FAQ)
Belangrijkste verschillen:
- Mijlpaal voor foutcorrectie: Willow is de eerste die kwantumfoutcorrectie onder de drempelwaarde demonstreert (fouten nemen exponentieel af naarmate de grootte van de logische qubit toeneemt). IBM's Loon processor demonstreert belangrijke fouttolerante componenten, maar heeft nog geen volledige schaalbaarheid onder de drempelwaarde bereikt.
- Qubit-telling: Willow heeft 105 qubits tegenover de 120 qubits van IBM Nighthawk (eind 2025). IBM's Condor bereikte 1.121 qubits (2023) maar was niet geoptimaliseerd voor foutcorrectie.
- Architectuur: Beide gebruiken supergeleidende transmon qubits met oppervlaktecode foutcorrectie. IBM richt zich op zware hex-rooster topologie; Google gebruikt een 2D vierkant rooster.
- Software stapel: Google biedt Cirq (meer gericht op NISQ, TensorFlow-integratie). IBM biedt Qiskit (groter ecosysteem, meer fouttolerante algoritmen, bredere cloud-toegang).
- Openheid: IBM biedt uitgebreide openbare toegang tot kwantumprocessoren via IBM Quantum Network (gratis + premium). De hardwaretoegang van Google is beperkter en vereist partnerschappen.
Bottom Line: Google loopt voorop in demonstraties van foutcorrectie; IBM loopt voorop in qubit-schaal, transparantie van de openbare routekaart en openheid van het ecosysteem.
Wat het is: Quantum Echoes is een kwantumalgoritme dat de dynamica van veel-lichaam kwantumsystemen simuleert om out-of-time-order correlatoren (OTOC's) te meten - grootheden die onthullen hoe kwantuminformatie in complexe systemen vervormt.
Waarom het belangrijk is:
- Eerste verifieerbare kwantumvoordeel op een wetenschappelijk probleem: 13.000× snelheidsverbetering aangetoond ten opzichte van een supercomputer van de grens met een probleem waar natuurkundigen echt om geven (niet alleen een synthetische benchmark zoals Random Circuit Sampling).
- Controleerbaarheid: Klassieke computers kunnen de resultaten van Quantum Echoes verifiëren op kleinere instanties, wat vertrouwen geeft in grotere kwantumberekeningen - essentieel voor het vertrouwen in kwantumresultaten.
- Toepassingen op korte termijn: Maakt kwantumversterkte NMR-spectroscopie mogelijk binnen ~5 jaar voor farmaceutische R&D, materiaalkarakterisering en biochemie.
- Traject naar fouttolerantie: Toont aan dat er bruikbare kwantumalgoritmen bestaan in het NISQ-regime (vóór volledige fouttolerantie), wat de ontwikkeling van hardware op korte termijn motiveert.
Technische details: Het algoritme gebruikt symmetriebescherming en postselectie om OTOC(2) interferentiesignalen te versterken. Het is bestand tegen ruis (signaal-ruisverhouding 2-3 op NISQ-hardware) en schaalt exponentieel in kwantumvoordeel naarmate de probleemgrootte toeneemt.
Tijdlijn per toepassingsgebied:
- 2026-2027: Kwantumondersteunde detectie: Google schat dat quantumversterkte NMR-spectroscopie (via Quantum Echoes) binnen 5 jaar praktisch zou kunnen worden voor farmaceutische toepassingen.
- 2027-2029: Simulaties voor materiaalwetenschappen: Kwantumsimulatie van kleine moleculen, katalysatoren en exotische materialen voor bedrijven die bereid zijn om technologie in een vroeg stadium toe te passen. Vereist ~50-100 logische qubits.
- 2029-2031: Ontdekking van geneesmiddelen: Kwantumsimulatie van eiwit-ligand interacties, reactiepaden en moleculaire eigenschappen op een schaal die nuttig is voor farmaceutische bedrijven. Vereist 100-500 logische qubits.
- 2031-2035: Optimalisatie & Financiën: Kwantumvoordeel bij echte optimalisatieproblemen (logistiek, portefeuilleoptimalisatie, toeleveringsketen). Vereist 500-1.000 logische qubits en geavanceerde foutcorrectie.
- 2035+: Cryptografie: Het algoritme van Shor dat RSA-versleuteling breekt (vereist miljoenen fysieke qubits, duizenden logische qubits). Post-kwantum cryptografie zal tegen die tijd wijdverspreid zijn en de dreiging verminderen.
Waarschuwingen: Deze tijdlijnen gaan uit van een voortdurende exponentiële vooruitgang in foutcorrectie, qubit schaalvergroting en algoritme ontwikkeling. Onverwachte doorbraken (bijv. betere foutcorrectiecodes, algoritmische verbeteringen) kunnen de tijdlijnen versnellen; onvoorziene wegversperringen kunnen ze vertragen.
Transparantie van de routekaart:
- IBM: Meest transparant - gedetailleerde openbare routekaart tot 2029 (Nighthawk → Kookaburra → Kaketoe → Spreeuw) met specifieke qubittellingen, poorttellingen en mijlpalen voor foutcorrectie.
- Google: Minder specifieke post-Willow roadmap openbaar beschikbaar. Toepassingskader in vijf fasen geeft strategische richting aan, maar bevat geen details over hardwaremijlpalen.
- Atom Computing: Aangekondigd schaalbaarheid tot 5000+ qubits in 2027 en fouttolerantie in 2028 (neutrale atomen). Ambitieus, maar minder gedetailleerd over specifieke foutcorrecties.
- IonQ: Routekaart richt zich op algoritmische qubit (#AQ) metrische schaling; gericht op #AQ 64+ in 2025, 100+ in 2028. Minder nadruk op het aantal ruwe qubits.
Technische aanpak:
- Google & IBM: Beide streven naar supergeleidende qubits met oppervlaktecode foutcorrectie - vergelijkbare paden met verschillende uitvoeringsdetails.
- Atom Computing & QuEra: Neutrale atomen bieden hogere qubit-aantallen en lange coherentie, maar langzamere poorten en minder volwassen foutcorrectie.
- IonQ & Honeywell/Quantinuum: Gevangen ionen bieden de hoogste poortgetrouwheid (99,9%+) en all-to-all connectiviteit, maar worden geconfronteerd met schaalproblemen.
- PsiQuantum & Xanadu: Fotonische benaderingen beloven werking bij kamertemperatuur en netwerkarchitecturen, maar vereisen miljoenen fysieke qubits voor fouttolerantie.
Bottom Line: De kracht van Google is aangetoonde foutcorrectie onder de drempelwaarde en verifieerbare kwantumvoorsprong. IBM's kracht is een transparante routekaart en een open ecosysteem. Atom Computing leidt in aantal qubits. IonQ leidt in poortgetrouwheid. 2026-2029 zal bepalen welke aanpak het meest effectief schaalt.
Google Quantum AI Toegang:
- Partnerschappen voor onderzoek: Primaire toegangsroute. Google werkt samen met academische instellingen en geselecteerde bedrijven aan kwantumonderzoeksprojecten en biedt daarvoor speciale processortijd.
- Google Cloud (Beperkt): Sommige kwantumcomputingdiensten via Google Cloud, maar de toegang tot geavanceerde hardware (zoals Willow) is beperkt.
- Cirq Simulatoren: Open-source simulators gratis beschikbaar via Cirq voor schakelingen tot ~30-40 qubits (afhankelijk van verstrengeling).
- Leermiddelen: Uitgebreide tutorials, codelabs en documentatie op quantumai.google.
IBM Quantum Access (meer open):
- Gratis niveau: IBM Quantum Network biedt gratis toegang tot geselecteerde kwantumprocessoren (meestal 5-7 qubits en sommige 27-qubit systemen) voor iedereen die zich aanmeldt.
- Premium toegang: IBM Quantum Premium biedt toegang tot geavanceerde systemen (Heron, Nighthawk) voor betalende klanten en premium onderzoekspartners.
- Cloud Simulators: Krachtige simulatoren beschikbaar via IBM Quantum Platform.
- Grootste ecosysteem: Meer dan 200 leden in het IBM Quantum Network, waaronder universiteiten, nationale laboratoria en Fortune 500-bedrijven.
Andere opties:
- Amazon Braket: Toegang voor meerdere leveranciers (IonQ, Rigetti, OQC, QuEra) via AWS met pay-per-shot pricing.
- Microsoft Azure Quantum: Toegang tot IonQ, Quantinuum, Rigetti via Azure cloud.
- IonQ Cloud: Directe toegang tot de gevangen-ionsystemen van IonQ.
Aanbeveling: Om te leren kwantumprogrammeren kun je beginnen met het gratis niveau van IBM (Qiskit) of AWS Braket. Ga voor geavanceerd onderzoek naar academische partnerschappen met Google of IBM. Voor commercieel onderzoek evalueert u AWS Braket of IBM Quantum Premium op basis van de behoeften aan algoritmen.
Wat "onder de drempel" betekent: Bij kwantumfoutcorrectie is de "drempel" het maximale fysieke qubitfoutpercentage waaronder het toevoegen van meer qubits aan een logische qubit vermindert de logische foutenmarge eerder dan deze te verhogen. Voor oppervlaktecodes ligt de theoretische drempel rond 1% per poort.
Waarom het moeilijk is: Historisch gezien zag elk kwantumsysteem logische foutenpercentages verhogen bij het opschalen van logische qubits (meer qubits = meer fouten die zich opstapelen). Dit creëerde een vicieuze cirkel die vooruitgang naar fouttolerantie verhinderde.
Willows prestatie: Google heeft aangetoond dat een afstand-7 logische qubit (49 dataqubits) de helft van het foutenpercentage van een afstand-5 logische qubit (25 dataqubits) - exponentiële verbetering. Dit is de eerste keer dat een kwantumsysteem de drempelwaarde heeft overschreden.
Waarom het belangrijk is:
- Bevestigt de foutcorrectietheorie: Bewijst dat oppervlaktecode kwantumfoutcorrectie in de praktijk werkt, niet alleen in theorie.
- Schalen inschakelen: Met prestaties onder de drempel kan Google nu opschalen naar 100, 1000, 10.000+ qubit systemen met het vertrouwen dat logische foutpercentages zullen blijven dalen.
- De weg naar fouttolerantie: QEC onder de drempelwaarde is een voorwaarde voor het bouwen van fouttolerante kwantumcomputers op nutsschaal die het algoritme van Shor, grootschalige kwantumchemie, enz. kunnen uitvoeren.
- Concurrentiemijlpaal: Google is de eerste die dit publiekelijk demonstreert. IBM's Loon-processor demonstreert de belangrijkste componenten, maar heeft nog geen exponentiële schaalbaarheid over meerdere codeafstanden laten zien.
Wat is de volgende stap? Google moet nu aantonen dat 10-20 logische qubits gelijktijdig werken, logische bewerkingen van lange duur (duizenden foutcorrectiecycli) en universele logische poortreeksen (niet alleen geheugen). Dit zijn de volgende mijlpalen op weg naar fouttolerante quantumcomputing.
Conclusie: Google's Quantum Supremacy... en wat komt hierna
De 2025 prestaties van Google Quantum AI - Willow's foutcorrectie onder de drempelwaarde en Quantum Echoes' verifieerbare kwantumvoordeel - zijn keerpunten in de geschiedenis van kwantumcomputing. Voor het eerst hebben we bewijs dat kwantumfoutcorrectie schaalt zoals de theorie voorspelt, en bewijs dat kwantumcomputers wetenschappelijk nuttige problemen sneller kunnen oplossen dan klassieke supercomputers.
Toch blijven er uitdagingen. Willows 105 qubits en 2-3 logische qubits zijn nog ver verwijderd van de 100-1.000 logische qubits die nodig zijn voor transformatieve toepassingen. Het Quantum Echoes algoritme, hoewel baanbrekend, is van toepassing op een smalle klasse van natuurkundige simulaties. Google's vijfstappenplan erkent de uitdaging van de "kenniskloof": het verbinden van kwantumalgoritmen met echte gebruikssituaties vereist interdisciplinaire samenwerking die nog maar net begonnen is.
De periode 2026-2029 zal beslissend zijn. Google moet Willow's foutcorrectie doorbraak vertalen naar 10-100 logische qubit systemen terwijl IBM zijn Starling roadmap opschaalt naar 200 logische qubits. Atom Computing en IonQ zullen alternatieve qubit modaliteiten richting nutsschaal duwen. Startups zoals PsiQuantum (fotonica) en Rigetti (supergeleiding) zullen niche voordelen nastreven. China's kwantuminspanningen zijn weliswaar minder transparant, maar gaan snel vooruit.
De race naar fouttolerante kwantumcomputers is niet langer een kwestie van als maar wanneer - en welk bedrijf daar als eerste is. Google's algoritme-eerste benadering, diepgaande AI-expertise en infrastructuur in Santa Barbara positioneren het bedrijf als koploper. Maar IBM's open ecosysteem, gedetailleerde routekaart en Quantum Network partnerships bieden een concurrerende visie op brede kwantuminnovatie.
Voor ontwikkelaars, onderzoekers en bedrijven: Nu is het tijd om in actie te komen. Leer kwantumprogrammeren via Cirq of Qiskit. Verken potentiële kwantumalgoritmen voor uw domein. Werk samen met kwantumleveranciers om fase III-gebruiksgevallen te identificeren. De bedrijven die vandaag de sterke punten en beperkingen van kwantum begrijpen, zullen zich in een goede positie bevinden om het voordeel van kwantum te benutten wanneer het eind 2020 en begin 2030 zijn intrede doet.
De revolutie van kwantumcomputing is niet langer hypothetisch. Het is hier - en het gaat steeds sneller.
Bronnen en referenties
- Google Quantum AI Blog: Maak kennis met Willow, onze hypermoderne quantumchip (9 december 2024)
- Publicatie Nature: Kwantumfoutcorrectie onder de drempel voor oppervlaktecode
- Google Research Blog: Kwantumfoutcorrectie laten werken
- Google Quantum AI Blog: De doorbraak van het Quantum Echoes-algoritme (22 oktober 2025)
- Publicatie Nature: Verifieerbaar kwantumvoordeel in natuurkundesimulatie
- Google Quantum AI: Routekaart in vijf fasen naar kwantumbruikbaarheid (13 november 2025)
- arXiv Preprint: De grote uitdaging van quantumtoepassingen
- Google Quantum AI: Cirq: Python-raamwerk voor kwantumrekenen
- Google Quantum AI: Ons lab - Quantum AI Campus
- De Quantum Insider: Google Quantum AI toont 13.000× grotere snelheid dan 's werelds snelste supercomputer
- CBS News: Google's kwantumcomputer maakt doorbraak
- Forbes: Google AI schetst vijf stappenplan om Quantum Computing bruikbaar te maken
Artikel #2 van 20 in de Top 20 Quantum Computing Bedrijven Deep Dive Serie
Volgende: Artikel #3 - IonQ: Gevangen-ionenkwantumgegevensverwerking en de zoektocht naar #AQ 100
Vorige: Artikel #1 - IBM Quantum Diepte Duik 2025
Kristof GeorgeAI Strateeg, Fintech Consultant & Uitgever van QuantumAI.co
Kristof George is een doorgewinterde digitale strateeg en fintech-uitgever met meer dan tien jaar ervaring op het snijvlak van kunstmatige intelligentie, algoritmische handel en online financiële educatie. Als drijvende kracht achter QuantumAI.co heeft Kristof honderden door experts beoordeelde artikelen samengesteld en gepubliceerd over de opkomst van quantum-verrijkte handel, AI-gebaseerde marktvoorspellende systemen en next-gen investeringsplatforms.
Waarom Kristof George vertrouwen?
✅ Ervaring: 10+ jaar in fintech publishing, affiliate compliance en AI contentontwikkeling.
🧠 Expertise: Diepgaande kennis van algoritmische handelsplatformen, trends op het gebied van kwantumcomputing en het veranderende regelgevingslandschap.
🔍 Gezaghebbendheid: Aangehaald op industrieblogs, cryptobeoordelingsnetwerken en onafhankelijke waakhondforums.
🛡 Betrouwbaarheid: Toegewijd aan het controleren van feiten, het onthullen van zwendel en het bevorderen van ethische AI-toepassingen in de financiële wereld.
