Een computer zo groot als een huis

Volgens onder meer IBM, Google en NASA ontketent de kwantumcomputer een nieuwe revolutie. Hun prototypes maken in enkele minuten complexe berekeningen die met de huidige generatie supercomputers onmogelijk zijn of jaren zouden vergen. Heeft binnenkort elk bedrijf een kwantumcomputer?

Kwantummechanica

Een kwantumcomputer volgt de principes van de kwantummechanica. Zijn processor kan parallel – in één keer dus – verschillende berekeningen maken vanuit een berg data. Klassieke computers verwerken gegevens in bits met de waarde nul of één. Kwantumcomputers gebruiken kwantumbits, of qubits, die tegelijkertijd elke combinatie van een nul en een één kunnen zijn. Daardoor kunnen kwantumcomputers vele malen sneller dan een klassieke supercomputer patronen herkennen en voorspellingen maken.

Toepassingen

Kwantumcomputers zijn breed inzetbaar. Farmabedrijven kunnen er beter en sneller dan met een klassieke computer complexe interacties tussen deeltjes mee simuleren. In de financiële sector kunnen ze de handel versnellen en verbeteren met kunstmatige intelligentie, en prognoses maken. In klantenbeheer en marketing kunnen ze nauwkeuriger de aankoopvoorkeuren van klanten simuleren op basis van demografische gegevens. “Kwantumcomputers zullen ook de beveiliging van data en communicatie verbeteren”, voorspelt Patrick De Causmaecker, professor computerwetenschappen aan de Kulak. “Met sleutels die onkraakbaar zijn met een klassieke computer.”

Foutenmarge

“De stabiliteit van kwantumcomputers moet nog verbeteren”, zegt Christian Maes, hoogleraar theoretische fysica aan de KU Leuven. “Om ze nog betrouwbaarder te maken, moeten de foutenmarges naar beneden. Dat blijft een uitdaging, zelfs in de beschermde labo’s waar die computers nu opereren.” In principe is het geen probleem als qubits af en toe een foutje maken, zolang andere qubits dat corrigeren. Maar de huidige generatie kwantumcomputers heeft 50 tot 60 qubits. Dan wordt voor die correcties procentueel gezien te veel opgeofferd. Ook het aantal qubits moet dus naar omhoog.

Koelsysteem

Kwantumcomputers zijn niet alleen heel groot, hun qubits zijn ook erg fragiel en moeten worden beschermd tegen bijvoorbeeld straling van buitenaf. Ze werken ook alleen bij een waanzinnig koude temperatuur. De qubits en de omliggende circuits worden gestapeld in een koelsysteem dat even groot kan zijn als een huis of een voetbalveld. “Het is niet onmogelijk dat kwantumcomputers ooit compacter worden”, zegt Christian Maes. “Maar niet binnen de twintig jaar.” Bedrijven zullen dus niet hun eigen kwantumcomputer hebben. Ze zullen zich wellicht wel online kunnen abonneren op een kwantumcomputer. Patrick De Causmaecker: “Via de cloud krijgen ze dan toegang tot zo’n toestel, dat in een perfecte werkomgeving draait en door specialisten onderhouden wordt.”

Tweede kwantumrevolutie

De kwantumtheorie, geformuleerd in de eerste helft van de twintigste eeuw, heeft al veel mogelijk gemaakt. Daaruit zijn innovatieve technologieën zoals de transistor, de laser, de smartphone, de MRI-scan en atoomklokken ontstaan. “We zijn nu getuige van de tweede kwantumrevolutie”, meent Christian Maes. “We kunnen nu individuele deeltjes en qubits manipuleren, wat voor pioniers zoals Schroedinger en Einstein enkel in gedachten mogelijk was. We spreken over het tijdperk van de kwantuminformatie. De kwantumcomputer is het paradepaard van die tweede revolutie. We verwachten nog nieuwe technologieën, zoals kwantumsensoren, -microscopen en -netwerken.”