Kwantumcomputer krijgt nieuwe truc om deeltjes door kernreactor te volgen

Het simuleren van een kernreactor is een rekenkundig monster. Neutronen en fotonen bewegen niet netjes door één materiaal, maar razen dwars door metaal, koelvloeistof, brandstofstaven en lege ruimtes. Elke keer dat een deeltje van materiaal wisselt, verandert de kans dat het botst, wordt geabsorbeerd of gewoon doorvliegt. Op gewone computers vreet het bijhouden van al die overgangen enorm veel rekenkracht, zeker bij ingewikkelde vormen zoals splijtstofstaven in metalen omhulsels.

Het Amerikaanse Quantum X Labs, via de kernenergie-afdeling Nuclear Quantum, presenteert nu een nieuwe aanpak op kwantumcomputing. In plaats van een object digitaal op te knippen in miljarden piepkleine blokjes, vertaalt het algoritme de grenzen en materiaaldichtheden rechtstreeks naar kwantumtoestanden. Dat scheelt een cruciale stap: het zogeheten 'inladen' van de fysieke omgeving in een kwantumprocessor, ook wel state preparation genoemd.

Waarom vorm zo lastig is voor een kwantumcomputer

Voordat een kwantumcomputer iets kan doorrekenen, moet de omgeving eerst worden vertaald naar kwantumbits, oftewel qubits. Bij een onregelmatige vorm, zoals splijtstofstaven omhuld door metaal, groeit de hoeveelheid instructies die nodig is om die vorm te beschrijven snel uit de hand. Dat is een probleem, want kwantumhardware is foutgevoelig: hoe langer een berekening duurt, hoe groter de kans dat kleine fouten zich opstapelen en de uitkomst onbruikbaar maken.

De nieuwe techniek comprimeert de manier waarop grenzen tussen materialen worden vastgelegd. Daardoor zijn er minder basisbewerkingen nodig om het model in te laden. Zodra de geometrie eenmaal in de kwantumcomputer staat, kan het systeem berekenen wanneer een deeltje afketst tegen een wand, dwars door een barrière gaat of wordt opgeslokt door een zwaar metaal.

Meer ruimte voor de eigenlijke natuurkunde

Omdat er minder rekencapaciteit opgaat aan het beschrijven van de vorm, blijft er meer over voor de daadwerkelijke natuurkundige berekeningen. Volgens David Shnaiderov, hoofd van de Nuclear Quantum-afdeling bij Quantum X Labs, is dat precies het punt: een deeltjestransportberekening heeft weinig waarde als je de fysieke vorm van een reactor niet praktisch kunt weergeven. Door dit knelpunt bij de basis weg te nemen, ontstaat volgens hem een bruikbaar fundament voor toekomstige transportberekeningen.

Het onderzoek maakt deel uit van een breder programma van Quantum X Labs om kwantumcomputing in te zetten voor kernenergievraagstukken. De beweging van deeltjes hangt af van meerdere factoren tegelijk, zoals energieniveau, snelheid, positie in de ruimte en bewegingsrichting. Het bedrijf wil de nieuwe geometrische methode combineren met andere kwantumberekeningen, met als doel driedimensionale reactorsimulaties die voor gewone supercomputers nog te zwaar zijn.