Kwantumcomputers en hun nut voor het (bedrijfs)leven

In onze huidige samenleving en ons eigen bestaan zijn klassieke computers niet meer weg te denken. En hoewel ze ons onschatbare diensten bewijzen, kunnen ze niet alles. Zo scoren ze ondermaats in het simuleren of voorspellen van complexe systemen. Iets wat kwantumcomputers wél kunnen.

Kwantumcomputers benaderen probleemoplossing op een radicaal andere manier dan klassieke computers. Die laatste werken op het allerlaagste niveau met bits – de bekende 0 en 1 – die alleen zichzelf kunnen zijn. Kwantumcomputers werken daarentegen met kwantumbits, die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen zijn en kunnen verstrengelen.

Kwantummechanica komt dichtbij natuur

De computer moet met andere woorden geen keuze maken en kan parallel rekenen in plaats van opeenvolgend. “Dat leidt tot een veel breder scala aan mogelijkheden”, aldus professor Frank Verstraete, fysicus aan Universiteit Gent. “Het laat ons toe om op het allerlaagste niveau van de natuur zelf te gaan werken. Cru gesteld: vóór de komst van kwantummechanica wisten we hoegenaamd niets over materie en waarom ze deed wat ze deed en welke krachten daarbij speelden. Nu hebben we een grote stap gezet richting het begrijpen waarom de dingen zijn zoals ze zijn.”

“Ik denk dat we qua mogelijkheden niet zozeer aan het topje van de ijsberg zitten, maar ons eerder de vraag moeten stellen of we de ijsberg überhaupt al gevonden hebben.”Cor van der Struijf, IBM Quantum Ambassador

Wetenschappelijk van een reusachtig belang dus, maar wat zijn de technologische en maatschappelijke voordelen van kwantumcomputers? Wel, door hun rekenvermogen zijn kwantumcomputers in staat complexe uitdagingen sneller en efficiënter aan te pakken en zo te helpen bij de simulatie van chemische of atoomverbindingen, de ontwikkeling van nieuwe supergeleiders of medicijnen, en ga zo maar verder. Vandaar de term ‘quantum advantage’. “Ik denk dat we qua mogelijkheden niet zozeer aan het topje van de ijsberg zitten, maar ons eerder de vraag moeten stellen of we de ijsberg überhaupt al gevonden hebben”, aldus Cor van der Struijf, die IBM Quantum Ambassador is en in die hoedanigheid organisaties helpt om ‘kwantumklaar’ te zijn.

Informatie versleutelen

Maar in de sterkte schuilt ook een risico: wat met de mogelijke beveiligingsrisico’s van kwantumcomputers, als die zoveel krachtiger zijn dan klassieke computers en de standaard digitale beveiliging? “Daar is inderdaad het risico van een disruptief gegeven als een kwantumcomputer”, aldus Frank Verstraete. “Nu worden vaak grote getallen gefactoriseerd om informatie te versleutelen. Aangezien kwantumcomputers ook kunnen factoriseren, zou in principe alle informatie ter wereld ontsleuteld kunnen worden. Er gebeurt bijgevolg vandaag enorm veel onderzoek naar nieuwe manieren om informatie te beveiligen. Zoals postkwantumcryptografie.”

Kwantum trekt publiek

Rest uiteindelijk nog de vraag: zullen er ooit kwantumcomputers in de huiskamer of kantoren staan? Nu al stelt bijvoorbeeld IBM via de cloud meerdere kwantumcomputers beschikbaar voor onderzoekers, onderwijzers, kmo’s en softwareontwikkelaars. En als ‘kwantum’ op de affiche van een conferentie staat, is dat volgens Cor van der Struijf een garantie op een groot publiek. Anderzijds zijn kwantumcomputers vandaag heuse mastodonten en opereren ze alleen in heel specifieke thermische omstandigheden: bij een temperatuur nét boven het absolute nulpunt van -273 graden Celsius.

“Het ziet er voorlopig niet naar uit dat ze ooit deel zullen uitmaken van het dagelijkse leven”, aldus Cor van der Struijf. “Toch zal ik dat niet meteen luidop beweren. Want wie had zeventig jaar geleden kunnen voorspellen dat iedereen vandaag een computer in huis zou hebben, omdat dat toen ook machines waren die een hele kamer vulden? Zo beweerde de Amerikaanse zakenman Thomas J. Watson in 1943 dat de wereld maar zo’n vijf computers kon gebruiken. En kijk nu.”

Special purpose machines

Frank Verstraete is meer resoluut: “Kwantumcomputers zullen special purpose machines blijven. Ze zullen gebruikers bijvoorbeeld niet helpen om beter Word te leren gebruiken, maar dienen vooral om wetenschappers te helpen om de kwantummechanische realiteit
beter te begrijpen. Ze zijn voor de consument gewoon niet interessant.”