Vier jaar na de lancering van de eerste publieke quantumcomputer van IBM, staan er 22 systemen in de cloud – goed voor 230.000 gebruikers en 111 partners in het "IBM Q Network":https://www.ibm.com/quantum-computing/network/overview/. Op die systemen werden al 180 miljard experimenten uitgevoerd. En die hebben geleid tot meer dan 240 onderzoekspublicaties wereldwijd. IBM nodigt bedrijven, ingenieurs en onderzoekers uit om bij te dragen aan de quantumtechnologie. Want elk nieuw experiment brengt de doorbraak dichterbij.
Het idee van de quantumcomputer gaat terug tot het begin van de jaren 80. Natuurkundige Richard Feynman kwam in 1982 met het belangrijke inzicht dat je met een gewone computer nooit natuurkundige systemen zou kunnen simuleren. Daarvoor heb je een computer nodig die werkt volgens de wetten van de quantummechanica. Een quantumcomputer dus.
Computers met enorme potentiële rekenkracht
Wat is het grootste verschil tussen gewone computers en quantumcomputers? Klassieke computers werken met bits die een 0 óf een 1 zijn. In quantumcomputers kunnen de qubits tegelijk een 0 én een 1 zijn. Dat fenomeen heet de superpositie. Samen met de verschijnselen interferentie en verstrengeling maakt die superpositie dat een quantumcomputer problemen kan oplossen die klassieke digitale computers niet aankunnen. Bijvoorbeeld problemen die exponentieel complexer worden door het aantal parameters. IBM was de eerste die de quantumcomputer beschikbaar maakte voor iedereen wereldwijd, door het systeem beschikbaar te maken in de cloud.
Nieuwe materialen, dataverwerking en machine learning
Veel problemen in de economie en de wetenschap zijn te complex voor klassieke computers. Quantumcomputers zouden die problemen wel kunnen oplossen. Zo zouden hun berekeningen op termijn ingezet kunnen worden voor de analyse van moleculen in de ontwikkeling van nieuwe medicijnen en materialen, en de organisatie van luchtverkeer.
Onzekerheid over gebruik op grote schaal
Vandaag heeft IBM al 22 quantumcomputers waaraan voortdurend wordt gewerkt. Want om echt problemen op te lossen, moet het aantal qubits nog omhoog en moet de kwaliteit beter zijn.
Quantumcomputers bouwen
2016: eerste publieke quantumcomputer in de cloud
IBM experimenteert in zijn eigen onderzoekslabs al tientallen jaren met quantumsystemen. Dat leidde in mei 2016 tot de lancering van de IBM Quantum Experience die via de cloud voor iedereen beschikbaar werd om experimenten en algoritmes uit te voeren. Heike Riel, IBM Fellow en departementshoofd Science & Technology bij IBM Research: “We bouwden een compleet ecosysteem met hardware, software en applicaties voor onderzoekers overal ter wereld dat 24/7 toegankelijk en veilig moest zijn. En we maakten educatief materiaal rond quantummechanica en onze quantumprocessor. Het was zo’n spannende periode, en dat is het nog steeds.”
2019: 53 qubitsquantumcomputer in het gloednieuwe IBM Q Quantum Computation Center center
Sindsdien heeft IBM de rekenkracht van zijn computers alleen maar verbeterd en het gebruik ervan vereenvoudigd. In 2017 werd Qiskit geboren, een opensource-framework om zelf programma’s te maken en uit te voeren, en kwam er een processor van 16 qubits bij. In 2019 zette IBM de eerste grote stap naar de eerste commerciële quantumcomputers met de IBM Q System One, die begin 2021 naar Europa komt, naar het Duitse Fraunhofer-Gesellschaft. En ze openden een gloednieuw IBM Quantum Computation Center in Poughkeepsie (New York) met 22 nieuwe machines waaronder een 53 qubitsquantumcomputer voor klanten van het IBM Q-netwerk. In dat netwerk vind je onder andere CERN, Daimler, Delta Airlines, ExxonMobil en JP Morgan Chase terug.
Quantumcomputers maken het mogelijk om problemen op te lossen die onoplosbaar zijn voor klassieke computers
Ook andere partijen bouwen volop aan de computers van de toekomst. En overheden wereldwijd investeren grote sommen in quantumtechnologie omdat er zo’n enorme mogelijkheden zijn voor de ontwikkeling van nieuwe materialen en verbetering van bevoorradingsketens.
Hoeveel qubits hebben we nodig om de quantumcomputers uit te rollen?
Daarover zijn de meningen verdeeld. Vast staat dat om de quantumcomputer de meest complexe problemen te laten oplossen, je gemakkelijk een paar duizend qubits nodig hebt. Tenminste: als die stabiel blijven. Want qubits zijn gevoelige beestjes. Als ze worden verstoord door omgevingsruis, verliezen ze hun superkrachten.
James Wootton, onderzoeker bij IBM Research in Zurich: “Het aantal qubits maakt een computer niet beter dan de andere. Het gaat ook over de connectiviteit tussen de qubits, zeg maar: de combinaties die je tussen de qubits maakt, en over de levensduur. Hoe langer een qubit leeft, hoe lager je foutenmarges zijn bij berekeningen. Daarnaast gaat het gaat over foutmarges en interferentie. Daarom is het zo moeilijk om verschillende quantumcomputers met elkaar te vergelijken. Al die variabelen samen drukken we uit in het quantum volume.”
Zet mee je schouders onder quantumtechnologie
Hoewel de toepassingen van de quantumcomputers momenteel nog beperkt zijn, is een doorbraak niet ver weg. Heike Riel van IBM: “Vandaag gebruiken 230.000 onderzoekers en programmeurs onze quantumcomputers al – goed voor in totaal 180 miljard experimenten. Met elk nieuw experiment leren we bij. We hebben ook een IBM Q Network opgericht, een community van bedrijven, academische instellingen, start-ups en onderzoekslabs, om quantumonderzoek te versnellen, commerciële toepassingen te ontwikkelen en nog meer mensen te leren om met quantumcomputers te werken.”
Zo werkt IBM samen met Daimler AG om autobatterijen te ontwikkelen die krachtiger en goedkoper zijn en langer meegaan dan de lithiumionaccu’s van nu. Voor de financiële sector experimenteert IBM met de Monte-Carlosimulatietechniek en quantumalgoritmes om betere risicoanalyses te maken. En ExxonMobil stapte als eerste energiebedrijf in het IBM Q Network om onderzoek te doen naar energieoplossingen van de volgende generatie, denk aan geavanceerde biobrandstoffen en CO2-opvang en -opslag.
Heike Riel: “Met al onze activiteiten rond quantumtechnologie willen we niet alleen bedrijven en overheden prikkelen om na te denken hoe quantumcomputers hun werk en de wereld beter en gemakkelijker kunnen maken. We willen ook onderzoekers en ingenieurs warm maken om zich te verdiepen in die fantastische materie. Zo komt de doorbraak van de meest baanbrekende technologie ooit sneller in zicht.”
