Elke dag ervaren we de voordelen van computers en informatietechnologie. De huidige computers helpen en entertainen ons, ze stellen ons in staat om ons met mensen over de hele wereld te verbinden, en maken het mogelijk om grote hoeveelheden data te gebruiken voor het oplossen van moeilijke problemen en het aansturen van complexe systemen.
IBM’s Q Lab voor quantum computing. Beeld: IBM
Er zijn echter problemen die de huidige systemen nooit zullen kunnen oplossen. Problemen die zo groot en complex zijn dat we gewoonweg niet genoeg rekenkracht op aarde hebben om ze aan te kunnen pakken. Voorbeelden van zulke complexe problemen zijn onder andere te vinden in mobiliteitsvraagstukken, weer, water en klimaat, agricultuur en de energietransitie. Maar we kunnen ook dichter bij huis blijven. Zo is cafeïne een belangrijk onderdeel van koffie. Dit is een relatief eenvoudig molecuul, maar het doorrekenen van alle mogelijkheden van hoe dit molecuul eruit kan zien is zo omvangrijk dat de huidige supercomputers dit niet met 100 procent nauwkeurigheid kunnen. Met andere woorden: de werkzaamheid van cafeïne begrijpen we nog steeds niet helemaal. Altijd goed om dit in gedachten te houden bij uw volgende kop koffie.
Een ander voorbeeld van verrassende complexiteit is het aantal mogelijkheden bij het plaatsen van mensen rond een tafel. Met tien mensen zijn er al meer dan 3,6 miljoen mogelijkheden (voor de wiskundig ingestelde mensen onder ons is dit de uitkomst van 10 faculteit (10!) ). Bij honderd mensen loopt het aantal mogelijkheden al op naar een getal met 157 nullen…
Nieuwe manier van computing
Om kans te maken dergelijke complexe problemen te kunnen oplossen, hebben we een nieuwe manier van computing nodig: één waarvan de rekenkracht exponentieel groeit. Het goede nieuws is dat de natuur zelf ons de mogelijkheid biedt om deze rekenkracht beschikbaar te kunnen maken. De fundamenten hiervoor werden in het begin van de twintigste eeuw gelegd door natuurkundigen als Niels Bohr, resulterend in de quantummechanica. Vele wetenschappers hebben zich hier sindsdien over gebogen (en verbaasd), met Richard Feynman als een van de belangrijkste voortrekkers. Tijdens een IBM – MIT conferentie in 1981 stelde hij voor dat, om de natuur beter begrijpen, we computers zouden moeten bouwen op basis van de quantum-mechanica-gereedschappen die de natuur ons biedt.
Meer dan 50 jaar vooruitgang op het gebied van wiskunde, materiaalwetenschap en computerwetenschap heeft quantum computing veranderd van theorie naar realiteit. Tegenwoordig zijn echte quantumcomputers toegankelijk via de cloud en vele duizenden mensen hebben ze al gebruikt om te leren, onderzoek uit te voeren en nieuwe problemen aan te pakken. Bijvoorbeeld om een beter begrip te krijgen van de basisbouwstenen, de qubits. De qubit is voor de quantumcomputer wat de bit is in de ‘gewone’ computer. Deze qubits hebben de mogelijkheid om niet nul of één te zijn (zoals een bit), maar nul én één tegelijkertijd. Ook kunnen twee qubits met elkaar verstrengeld worden, zodat ze zich niet meer onafhankelijk van elkaar gedragen. Hiermee kan de capaciteit van een quantumcomputer verdubbeld worden, elke keer als er één qubit wordt toegevoegd. Fenomenen die nog steeds niet volledig begrepen worden, maar die wel gebruikt kunnen worden in deze nieuwe manier van computing.
De verwachting is dat quantumcomputers op een dag voor doorbraken kunnen zorgen in vele disciplines; in eerder genoemde voorbeelden, maar ook in materiaal- en geneesmiddelenontdekking, de optimalisatie van complexe systemen en kunstmatige intelligentie. Maar om die doorbraken te realiseren en om quantumcomputers op grote schaal bruikbaar en toegankelijk te maken, moeten we nog vele stappen zetten, bijvoorbeeld in fundamenteel onderzoek en opleiding. Gegeven de complexiteit en de uitdagingen, is het goed om dat met een zo breed mogelijke coalitie te doen.
Cor van der Struijf, IBM Q Ambassadeur
Zelf aan de slag
Meer dan 40 organisaties, waaronder academische instellingen, onderzoeksinstellingen en start-ups, zijn binnen het IBM Q Netwerk aan de slag gegaan op het gebied van quantum computing. Voorbeelden hiervan zijn te vinden op de IBM Q Network site
Benieuwd hoe quantum computing kan helpen om de uitdagingen van uw organisatie aan te gaan? Het mooie is dat iedereen nu al kan beginnen met quantum computing. Bijvoorbeeld door het lezen van artikelen op de IBM Q website of het spelen van de Hello Quantum game op de mobiele telefoon. Deze game geeft inzicht in hoe qubits zich gedragen. En voor de meer hands-on ingestelden is er de mogelijkheid om zelf quantumcomputers te programmeren via IBM Q Experience en Qiskit.
• www.research.ibm.com/ibm-q
• helloquantum.mybluemix.net
• quantumexperience.ng.bluemix.net/qx
• qiskit.org
