We hebben uiteraard heel veel te danken aan onze klassieke computers, maar ze tonen ook hun tekortkomingen. Zo zijn ze bijvoorbeeld niet zo goed in het simuleren of voorspellen van complexe systemen. Kwantumcomputers zijn daar wél goed in, in de eerste plaats omdat ze op dezelfde manier werken als de natuur op haar allerkleinste niveau: volgens de principes van de kwantummechanica. IBM Q Ambassadeur Cor van der Struijf licht één en ander toe – in mensentaal.

Kwantumcomputers – waarvan we nu slechts de mogelijkheden beginnen te ontdekken – benaderen probleemoplossing op een radicaal nieuwe manier, en daarin schuilt hun grote meerwaarde. Reden genoeg voor IBM om daar voluit op in te zetten: hun IBM Q Systems-programma is erop gericht om universele kwantumcomputers te ontwikkelen voor business-, engineering -en wetenschappelijke doeleinden. Een ambitie die niet uit het niets kwam, aangezien IBM al jarenlang fundamenteel onderzoek doet naar kwantumcomputers.

Als de natuur werkt volgens kwantummechanica, moeten computers dat dan ook niet doen?

Cor van der Struijf, die als IBM Q Ambassadeur organisaties wil helpen om ‘kwantum-klaar’ te zijn: “Op een conferentie van MIT en IBM in 1981 pleitte Richard Feynman, natuurkundige en Nobelprijswinnaar, er al voor om kwantumcomputers te ontwikkelen. Want, zo vroeg hij zich af, als de natuur werkt volgens kwantummechanica, moeten computers dat dan ook niet doen als we die natuur beter willen leren kennen?”

“Een heel eenvoudige vraag, maar met een bijzonder moeilijk antwoord: het heeft ons uiteindelijk 35 jaar gekost om een eerste systeem beschikbaar te maken voor extern gebruik. Bijvoorbeeld omdat onze huidige kwantumcomputers alleen werken bij een temperatuur die nét boven het absolute nulpunt van -273 graden Celsius ligt. Om te illustreren hoe koud dat is: in de ruimte is het zo’n -270 graden Celsius. Dat stelt uiteraard uitdagingen, maar we beginnen die koeltechnologie ook steeds beter te begrijpen.”

Financiële strategieën en betere batterijen

Maar waarin schuilt nu het grote verschil tussen beide computertypes? Op welke manier werken ze anders? Waar we bij klassieke computers op het laagste niveau bits gebruiken – 0 en 1 – werken kwantumcomputers met kwantumbits, die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen zijn en bovendien kunnen verstrengelen. Hierdoor is de verwachting dat kwantumcomputers in staat zullen zijn om bepaalde complexe uitdagingen veel sneller en efficiënter aan te pakken.

Hierbij kan men denken om kwantumcomputers te gebruiken voor het simuleren van chemische of atoomverbindingen of, algemener, complexe situaties in de natuur na te bootsen. Daarnaast is in de afgelopen tijd steeds meer onderzoek naar het gebruik van kwantumcomputers in optimalisatie vraagstukken, scenarioplanning, en AI - Machine Learning. Dat betekent dat de verwachting is dat ze in een veelheid aan domeinen revolutionaire ontwikkelingen mogelijk gaan maken: nieuwe doorbraken in de wetenschap, de productie van doeltreffende medicijnen, machine learning-methodes die ziektes sneller helpen detecteren, materialen om efficiënte structuren mee te maken, financiële strategieën, ontwikkeling van betere batterijen, …”

Het is niet de verwachting dat kwantumcomputers op termijn klassieke modellen gaan vervangen – integendeel, ze zullen zelfs samenwerken

Maar voor alle duidelijkheid: het is niet de verwachting dat kwantumcomputers op termijn klassieke modellen gaan vervangen – integendeel, ze zullen zelfs samenwerken. “Dat is onderdeel van wat we Quantum Advantage noemen”, verduidelijkt Cor van der Struijf. “We zijn er namelijk achter gekomen dat bij vraagstukken bepaalde onderdelen beter door een klassieke computer worden uitgerekend, en andere door een kwantumcomputer.”

“Ik geef een voorbeeld uit de financiële sector: een kwantumcomputer is uitermate geschikt om voorspellend te werken en een risicoanalyse te berekenen: bijvoorbeeld waarin moet je investeren, waarin niet, is er mogelijk sprake van fraude? Klassieke computers zijn dan weer beter om financiële transacties te doen, zoals ‘clearance’ en ‘settlement’.

Draagvlak creëren voor kwantumcomputers

Kwantumcomputers hebben dus niet de ambitie om klassieke computers over te nemen, maar ze worden wél onlosmakelijk deel van de toekomst. Daarom zet IBM hier onder de noemer ‘IBM Q Experience’ sinds 2016 maximaal op in, door als één van de eerste binnen de bedrijfswereld werk te maken van het bouwen en beschikbaar maken van universele kwantumcomputers voor business-, engineering- en wetenschappelijke doeleinden. “Momenteel heeft IBM zelfs meerdere kwantumcomputer via de Cloud beschikbaar gemaakt voor researchers, onderwijzers, ondernemingen en ontwikkelaars.

Tevens heeft IBM begin 2019 een grote stap gezet richting de eerste commerciële kwantumcomputers, met de introductie van de IBM Q System One. In September 2019 hebben we de opening aangekondigd van het IBM Quantum Computation Center. Hiermee krijgen externe partijen toegang tot onze vloot van kwantumcomputers, waaronder onze recente 53-qubit kwantumcomputer ”, geeft Cor van der Struijf mee.

Om intussen een draagvlak te creëren voor kwantumcomputers, lanceerde Nederland de National Quantum Technology Agenda, een samenwerking tussen kennis- en overheidsinstellingen en bedrijfsspelers als IBM die kwantumtechnologie wil vertalen in economische meerwaarde. “De ontwikkelingen binnen kwantumcomputers moeten als het ware ‘tastbaar’ worden gemaakt via voorbeelden zodat ze gemakkelijker aanvaard worden door en ingang vinden in samenleving en industrie. Niet evident, want die universele kwantumcomputers vereisen een radicaal systeemdesign en de integratie van alle hard- en software in bedrijven.”

Waakzaamheid geboden

Als we nog maar aan het begin staan van het ontdekken van de mogelijkheden die ze bieden, houdt dit dan geen risico’s in en moéten we daar dan per se mee doorgaan, gewoon omdat we het kunnen?

De verwachting is dat ze in een veelheid aan domeinen revolutionaire ontwikkelingen mogelijk gaan maken

“De mens heeft in zijn geschiedenis al wel vaker voor zulke dilemma’s en vraagstukken gestaan”, antwoordt Cor van der Struijf. “Uiteraard moeten we ook met kwantumtechnologie waakzaam zijn – zoals dat met elke nieuwe technologische ontwikkeling het geval is. Daarom heeft de National Quantum Technology Agenda ook heel veel aandacht voor de zogezegde ELSA: Ethical, Legal and Social Aspects. Daarbinnen buigen we ons over de vaststelling dat de mogelijkheden inzake kwantumtechnologie groot kunnen zijn, en bekijken we welke verantwoordelijkheden dit zoal met zich meebrengt.”

Tot slot: zelf aan de slag

“We merken dat er bij organisaties heel wat interesse is in kwantumcomputers – als we dat op de affiche van een conferentie zetten, trekken we gegarandeerd volle zalen – alleen is de stap naar het omzetten in de praktijk vaak nog lastig”, zegt van der Struijf.

“Daarvoor hebben we verschillende mogelijkheden om zelf de eerste stappen te zetten. Een mooi startpunt is onze IBM Q Experience, waarmee men, net als meer dan 200,000 andere gebruikers, meer kan leren over de achtergrond van kwantumcomputers, en tevens zelf aan de slag gaan met deze nieuwe en fascinerende computers!”

Wil jij meer weten over kwantumcomputers? Meer informatie over wat ze zijn, wat ze kunnen en wat ze doen via je via deze link.