Supersnel rekenen met de quantumcomputer

De Amerikaanse natuurkundige Richard Feynman gebruikte in 1981 voor het eerst de term quantumcomputer. Het woord quantum komt van de quantummechanica. Dit is het deel van de natuurkunde dat zich bezighoudt met deeltjes die kleiner zijn dan atomen. Voor deze deeltjes gelden andere wetten dan in de klassieke natuurkunde. Met de inzichten uit de quantummechanica kun je computers bouwen met een enorme rekenkracht. Een quantumcomputer kan supersnel berekeningen uitvoeren, waar uw huidige computer meer dan een miljoen jaar over zou doen.

Het verschil met een ‘gewone’ computer

Een quantumcomputer kan meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren. Een klassieke computer rekent met bits. Die hebben de waarde 0 of 1. Een quantumcomputer rekent met quantum bits, ook wel qubits (of qbits) genoemd. Die hebben de bijzondere eigenschap dat ze de waarde 0 én 1 tegelijkertijd kunnen hebben. Hierdoor kunnen quantumcomputers sommige problemen veel sneller oplossen dan klassieke computers. Maar dat is nog niet alles! Als je twee qubits met elkaar combineert, dan verdubbelt de rekenkracht: deze neemt dus exponentieel toe. En dat gebeurt bij elke qubit die je toevoegt. Een quantumcomputer met driehonderd qubits zou binnen een fractie van een seconde meer berekeningen kunnen uitvoeren dan er atomen in het heelal zijn!

Dit kan de quantumcomputer

Quantumcomputers kunnen zorgen voor grote doorbraken in de wetenschap. Experts verwachten dat er tussen 2030 en 2050 een quantumcomputer komt die de meestgebruikte vormen van cryptografie kan kraken of verzwakken. Tegelijkertijd kan een quantumcomputer zorgen voor een bijna niet te kraken vorm van versleuteling.

Andere voorbeelden van toepassingen zijn:

Sneller wetenschappelijk onderzoek doen en berekeningen maken voor klimaatvoorspellingen en ruimteonderzoek.

Gepersonaliseerde geneesmiddelen. Een quantumcomputer kan berekenen welk medicijn het meest geschikt is voor uw lichaam. Of welke aanpassingen een medicijn nodig heeft.

Verkeersstromen in realtime verbeteren, zodat er minder files en vertragingen zijn. En goedkopere scheepvaartroutes vinden die voor minder CO₂-uitstoot zorgen.

AI (kunstmatige intelligentie)-modellen trainen. Een stabiele quantumcomputer kan zorgen voor een ongekende groeispurt op het gebied van artificiële intelligentie (AI).

Nederland quantumcomputerland

De ontwikkeling van quantumcomputers staat nu nog in de kinderschoenen. Een aantal grote techbedrijven zoals IBM en Google heeft er al een. Ook Nederland heeft een, kleine, quantumcomputer. Het bedrijf QuiX Quantum, een spin-off van de Universiteit Twente, heeft de eerste opgeleverd: Carina. Bijzonder aan deze computer is dat het de eerste quantumcomputer is die in een gewoon datacenter is te gebruiken. Hoe zit dat?

De meeste quantumcomputers werken alleen bij extreem lage temperaturen, zo’n 273 graden Celsius onder nul. Dat maakt het gebruik en onderhoud ervan ingewikkeld. Carina werkt echter op kamertemperatuur. Slechts een heel klein onderdeel ervan heeft een extreme koeling nodig. Een grote computer is Carina niet. Andere quantumcomputers werken inmiddels met duizenden qubits. Carina heeft er maar vier. Het is dus vooral een opstapje naar verdere ontwikkelingen in Nederland.

Ook Amsterdam krijgt een quantumcomputer. SURF, de ICT-coöperatie van onderwijs en onderzoek, gaat een Europese quantumcomputer op het Amsterdam Science Park beheren. Deze wordt gekoppeld aan de bestaande Nationale Supercomputer Snellius. Dit is een traditionele computer uit 2021. Hij is lang niet zo snel als een quantumcomputer maar wel extreem krachtig. Wetenschappers en andere onderzoekers gebruiken Snellius om complexe, zware berekeningen op hoge snelheid uit te voeren.

Kijkje in de toekomst

Wat kunnen we verder nog verwachten? Over de hele wereld zijn wetenschappers bezig met onderzoek in de quantummechanica. Dat is een flinke uitdaging. Qubits waarmee quantumcomputers rekenen, zijn erg instabiel waardoor ze nog veel fouten maken. Om deze kleine deeltjes stabiel te houden, is een complexe omgeving nodig. Zoals een extreem lage temperatuur in een vrijwel geluidloze ruimte zonder trillingen. Het ziet er voorlopig dus niet naar uit dat u van een quantumcomputer gebruik kunt maken in de vorm van een handige laptop. Wat wel zeker is, is dat de quantumcomputer op veel gebieden voor doorbraken gaat zorgen.