NL Magazine Column Jos de Jong - De doorbraak van de kwantumcomputer is bij Google een feit; hun kwantumcomputer kan in 3 minuten een berekening uitvoeren waarover de grootste hedendaagse computersystemen 10.000 jaar zouden hebben gedaan. IBM vindt dat een beetje overdreven en meent dat zo’n berekening ook in 2,5 dag kan worden gemaakt.
Als deze opzienbarende claim van google inderdaad zo eclatant en miraculeus is als men zegt, dat is dat wereldnieuws. Wat in ieder geval zeker is, is dat met de kwantumcomputer een nieuw tijdperk aanbreekt in het digitale domein. Miljoenen berekeningen kunnen immers tegelijkertijd worden uitgevoerd en kunnen van groot belang zijn voor onder andere de wetenschap waarbij bijvoorbeeld natuurkundige en scheikundige processen en probleemstellingen snel kunnen worden ontrafeld.
Kwantumcomputers zijn hot
In de Washington Post meldde men dat Edward Snowdon, de bekende klokkenluider, op de hoogte is van het feit dat ook NSA een kwantumcomputer bouwt die in staat is om allerlei beveiligde systemen en codes te kraken. Ook de TU in Delft probeert ook zo’n computer te bouwen, maar ik neem aan dat die niet ontwikkeld en gebruikt zal worden voor het kraken van systemen, maar juist voor het op bijna onvoorstelbaar snelle wijze berekenen van allerlei moeilijke reeksen met richtlijnen die tezamen een bepaald doel nastreven.
Conform Ronald Hanson, hoogleraar kwantumfysica aan de TU-Delft en wetenschappelijk directeur van QuTech, zal het nog wel een tijdje duren voordat zo’n kwantumcomputer daadwerkelijk volledig operationeel en functioneel is.
Techgigant Google echter, claimt dat onlangs een van zijn geavanceerde kwantumcomputers reeds de uitkomst van een zeer complexe berekening heeft gemaakt die onmogelijk gemaakt kan worden met de huidige computersystemen.
Lieven Vandersypen, hoogleraar kwantum nanowetenschappen van het onderzoeksinstituut QuTech TU Delft, meldt op zijn beurt deze ontwikkeling een mijlpaal is die de geschiedenis ingaat als een van de grootste doorbraken van het jaar. De kwantumcomputer kan in de toekomst wel eens zeer complexe problemen gaan oplossen en is misschien het vertrouwen waard. Let’s give it the benefit of the doubt!
Wat is een kwantumcomputer nu eigenlijk
Een kwantumcomputer is een computer die op een totaal andere manier rekent dan de bestaande computers. Met behulp van enorm gecompliceerde berekeningen waaraan kwantummechanica ten grondslag ligt, kan een kwantumcomputer dingen kan doen die de huidige computers absoluut niet aankunnen. Als gewone mens kun je absoluut niet meer zien wat er nu eigenlijk gebeurt, terwijl die bij bijvoorbeeld de nanotechnologie nog wèl enigszins kunnen worden waargenomen.
Een kwantumcomputer is een revolutionaire machine, een machine die op een heel andere manier werkt dan alles wat we nu kennen en die ongelooflijk grote mogelijkheden heeft. De echte doorbraak voor een kwantumcomputer ontstaat als deze een relevant probleem oplost dat op een andere wijze niet kan worden opgelost. Google pretendeert dus al zo ver te zijn!
Een gewone computer werkt met bits. Dit zijn allerlei schakeringen die bestaan uit de cijfers een of nul. Een kwantumcomputer werkt met qubits die tegelijkertijd zowel een één als een nul kunnen zijn. Dat lijkt of zich misschien niet opzienbarend, maar toch is dat groots nieuws. Leo Kouwenhoven, natuurkundige, cum laude gepromoveerd aan de Technische Universiteit Delft, in 20077 ontvanger van de Spinozapremie, stelde ooit dat ‘de stap van de computer naar de kwantumcomputer net zo groot is als die van het telraam naar de computer’.
Het klinkt heel raar, maar bij een kwantumcomputer kan een kwantumbit of electrodeel op twee verschillende plaatsen tegelijkertijd aanwezig zijn en individueel worden aangestuurd. En dat is natuurlijk hartstikke interessant voor het maken van ingewikkelde berekeningen, geïntegreerde kwantumschakeringen en gecompliceerde toepassingen. Je kunt immers in elk deeltje informatie opslaan waardoor de kwantumcomputer extra rekenkracht krijgt. De ontwikkelingen staan weliswaar nog in de kinderschoenen en het zal echt nog wel de nodige jaren duren voordat een kwantumcomputer echt dingen doet die de huidige computers absoluut niet kunnen doen.
Beveiligingssystemen
Al onze beveiligingssystemen zijn gebaseerd op bijzonder moeilijke berekeningen die wij als mens vrijwel niet kunnen begrijpen, laat staan uitvoeren, en die zelfs voor een (super)computer moeilijk en bijna onuitvoerbaar lijken. Denk bijvoorbeeld maar eens aan al je pincodes, je pinpassen, je inlogcodes die allemaal, mede voor beveiliging, zijn samengesteld op basis van uitermate complexe berekeningen. Een kwantumcomputer kent géén problemen bij vrijwel onuitvoerbare berekeningen waardoor deze berekeningen aan de hand van een nieuw wiskundig algoritme met exponentiële rekenmogelijkheden, zeer efficiënt kunnen worden uitgevoerd. Als er nú een volledig geoptimaliseerde en perfect functionerende kwantumcomputer zou bestaan, dan zijn al onze tot nog toe zo beveiligde systemen niet meer beveiligd.
Wat kan een kwantumcomputer
Een kwantumcomputer kan voor diverse zaken worden ingezet. Neem bijvoorbeeld als voorbeeld de geneeskunde waar m.b.v. deze computer op minutieuze wijze kan worden berekend wat er op moleculair niveau in het lichaam gebeurt en hoe bepaalde medicijnen functioneren in het menselijk lichaam, een lichaam dat voor elk mens verschillend is en waarbij een medicijn in veel gevallen niet voor elk individu dezelfde ‘standaard’ uitwerking heeft. Dat is momenteel nog heel erg moeilijk om uit te rekenen; dat kunnen we eigenlijk nog niet. Een kwantumcomputer kan dat hoogstwaarschijnlijk wel.
Een probleem dat we nu nog kennen is bijvoorbeeld het berekenen van eigenschappen van moleculen. En dat is nu juist heel belangrijk omdat er dan bijvoorbeeld nieuwere en beter op een individu aangepaste medicijnen ontwikkeld kunnen worden waarvoor echter wel nieuwe fabricagetechnieken nodig zijn.
Met de kwantumtheorie en de kwantumcomputer kunnen ook nieuwe materialen worden ontwikkeld voor bijvoorbeeld opslag en transport van energie waarvoor echter wel nog niet bestaande kwantumchips moeten worden geproduceerd waar men op dit moment alleen nog maar van kan dromen, ‘tenzij google deze inderdaad reeds ontwikkeld heeft’.
Wie wil hem niet, die kwantumcomputer
Ieder instituut, waaronder ook de TU-Delft wil graag de eerste zijn met het uitbrengen van zo’n computer. Er is echter zó veel kennis voor nodig dat samenwerking met bedrijven als google, IBM, Microsoft en Intell en andere universiteiten van essentieel belang is. Iedereen zal tegen problemen aanlopen die alleen niet, maar in samenwerking wellicht wèl kunnen worden opgelost. De toekomst zal het leren.
Jos de Jong
