Alles wat je moet weten over quantumcomputers
Wat is quantum computing en waarom is het zo belangrijk?
Quantum computing is onlosmakelijk verbonden met de principes van quantumfysica, dat ontstaan is uit een aantal experimenten begin 19e eeuw (met het ‘’Double Slit Experiment’’ als meest gekende). Begin 20e eeuw werden de resultaten van deze eerste studies verder onderzocht, waarbij Albert Einstein en andere wetenschappers erin slaagden om de resultaten te ontwarren, wat de basis legde voor de huidige quantummechanica.
Quantum computing zelf staat voor de studie en de ontwikkeling van een nieuwe generatie computersystemen, die databerekeningen uitvoeren op basis van quantummechanica. Vandaag werken de meeste computers op basis van transistors. Quantumcomputers echter zullen in theorie op een totaal andere manier werken, namelijk door gebruik te maken van de uitzonderlijke werking van subatomaire deeltjes, ook wel gekend als de superpositie en de verstrengeling van atomen en elektronen.
Hierdoor zou een quantumcomputer in staat zijn om een eindeloos aantal opdrachten tegelijk uit te voeren, wat zelfs voor de krachtigste hedendaagse computers niet mogelijk is en waarvan we het belang moeilijk kunnen overschatten. Reeds sinds het ontstaan van het gegeven zijn fysici, wetenschappers en techneuten geboeid door de quantumtheorie en zijn ze verwikkeld in een wedloop om de theorieën van quantumfysica in de praktijk om te zetten.
Waar koop ik zo’n quantumcomputer?
Alhoewel de theorieën rond quantum computing al een paar decennia gekend zijn, staat de praktische uitwerking nog in haar kinderschoenen. Zonder al te veel in details te treden, komt het erop neer dat de productievoorwaarden voor een werkende quantumcomputer zeer fragiel zijn. Enkel in een volledig gecontroleerde omgeving of in een labo zal zo’n toestel ontwikkeld kunnen worden, om zo elke vorm van zogenaamde decoherentie uit te sluiten. Het komt er dus op neer dat quantummechanica maar werkt wanneer het volledig is afgesloten van elke externe invloed. De belangrijkste reden waarom er vandaag nog geen succesvolle quantumcomputer is ontwikkeld, is omdat de “qubits” (quantumbits) uiterst onstabiel zijn en zeer gevoelig voor geluid, waardoor ze zeer vaak mislukken (we spreken van een mislukking wanneer de qubits niet voldoen aan de voorwaarden van superpositie en van verstrengeling).
De simpele variant van de quantumcomputer
Er bestaat reeds een abstracte versie van hoe de quantumcomputer er uiteindelijk zou uitzien. De Quantum Turing Machine (QTM) is vandaag de meest complete en universele variant van een quantumcomputer. Onderzoekscentra van QuTech, een Nederlands wetenschappelijk instituut dat deel uitmaakt van de TU Delft, hebben tot nu toe veruit het sterkste resultaat ontwikkeld voor quantum computing. Het zijn diezelfde onderzoekscentra die in 2012 de unieke quasipartikels ontdekten, die ervoor zorgen dat qubits stabiel blijven.
Praktische toepassingen van quantum computing
De ultrasnelle rekenkracht van een effectief werkende quantomcomputer zal onnoemelijke voordelen bieden voor de mensheid. Tal van domeinen zullen er baat bij hebben; fysica, geneeskunde, biotechnologie, wiskunde, cryptoanalyse, chemie, farma, verwerkende industrie, … Dankzij quantumcomputers zullen we complexe optimalisatie-oefeningen kunnen realiseren, grote stappen zetten in zelflerende systemen, ziektes uitroeien en nieuwe geneesmiddelen ontdekken. En daarnaast zijn er ongetwijfeld nog tal van andere toepassingen waar we op dit moment nog amper weet van hebben.
Risico’s
Uiteraard zijn er risico’s verbonden aan het feit dat we praktisch elk algoritme of elk computersysteem te slim af kunnen zijn. Zo is een quantumprogramma bijvoorbeeld perfect in staat om softwaresystemen te ontmantelen, doordat de huidige encryptietechnieken absoluut niet bestand zijn tegen aanvallen van toestellen met quantumtechnologie.
Alhoewel we ons misschien pas echt zorgen moeten maken wanneer het aantal lottowinnaars uit de hand loopt of bij een grote stijging van het aantal virtuele bankovervallen.
Huidige ontwikkelingen
Quantum computing staat jaarlijks in de MIT Breakthrough Technologies list, waar het door de huidige ontwikkelingsfase echter nooit bovenaan belandt. Indrukwekkende fondsenwervingen, onder andere door Google, Microsoft, Intel en IBM, zorgen de afgelopen jaren echter wel voor sterke vooruitgang. Volgens de laatste voorspellingen zou de technologie binnen 4 à 5 jaar werkende exemplaren kunnen afleveren. IBM kondigde eind 2017 trouwens de voltooiing aan van een 50-qubit system, wat beschouwd wordt als een drempel die door de huidige supercomputers onmogelijk bereikt kan worden. Sowieso komen quantumcomputers er vroeg of laat aan, dus we bereiden ons maar best voor.
Copywriter: Ina Danova & Arjan Kwakkenbos
