Innovation-Magazine-LR

Rolf Huisman geeft regelmatig
presentaties over quantum computing
over de hele wereld. Ook werkt hij
samen Microsoft aan de laatste
technologie op dit gebied.
De quantum computer kan heel, heel, heel snel
rekenen. Om de quantum computer te begrijpen,
moet je weten dat quantummechanica het gedrag
van heel kleine, atomaire of subatomaire, deeltjes
beschrijft. Die deeltjes kunnen zich in verschillende
toestanden tegelijk bevinden.
De quantum computer maakt geen gebruik van
gewone bits, maar van de quantumbit of de qubit.
Dat zijn omgevormde elementaire deeltjes, die dus
ook de eigenschappen van die deeltjes bezitten.
Waar een bit maar twee toestanden heeft (0 of 1)
heeft een qubit dus nog een derde mogelijkheid:
hij kan zowel 0 als 1 tegelijkertijd zijn, net als een
elektron. Die laatste positie noemen we een superpositie.
Wat de qubit ook bijzonder maakt is dat deze
gekoppeld kan worden aan een andere qubit. Die
verstrengeling zorgt ervoor dat een quantum computer
ontzettend snel kan rekenen. Drie qubits kunnen
23 = 8 posities tegelijkertijd innemen, 4 qubits 24 =
16 posities, en 32 qubits 232 = bijna vijf miljard posities.
Een rekensom waar een gewone computer jaren over
doet, kan een quantum computer van 72 qubits in een
paar seconden doen, dankzij deze eigenschappen
van qubits.
NET EEN SOUFFLÉ
Er zijn nog geen perfect werkende quantum computers.
Sterker nog: aan het begin van deze eeuw was
de quantum computer vooral nog een theorie, waarvan
we niet wisten of die ooit werkelijkheid zou worden.
Maar net als met alle technologische ontwikkelingen
gaan ook op dit vlak de ontwikkelingen razendsnel.
IBM, Microsoft, D-Wave (van Google en NASA) en vele
anderen bedrijven proberen allemaal de eerste te zijn
die een perfect werkende, razendsnelle quantum
computer in de markt zet. De grootste horde is
momenteel nog dat de qubit nogal gevoelig is voor
ruis, voor contact met de buitenwereld. Dat contact
met de buitenwereld noemen we een observatie.
Bij een observatie gaat de superpositie van een deeltje
onmiddellijk verloren, dan verandert het deeltje dus in
een 1 of een 0. Een veelgehoorde vergelijking is die
met de soufflé: als je de oven opendoet om te kijken
of ‘ie al goed is, kan hij zo instorten. Onderzoekers
experimenteren erop los om die ruis weg te nemen en
daardoor die superpositie en dus die rekenkracht zo
lang mogelijk te kunnen behouden. Zo worden de
chips zo koud mogelijk gehouden, gemiddeld zo’n
12 microkelvin. Dat is 0.012 graden boven het absolute
nulpunt (−273.15 graden Celsius).
MONDEN VOEDEN
Als we de quantum computer straks echt kunnen
gebruiken, kan deze vele problemen oplossen. Zo
kunnen quantum computers helpen bij het oplossen
van honger in de wereld. Dat zit zo. Kunstmest is
essentieel voor het kunnen voeden van miljarden
monden. Een belangrijk bestanddeel van kunstmest
is ammonia, maar de productie van ammonia kost
ontzettend veel energie – naar schatting zelfs ongeveer
1 procent van de totale energieproductie. Nu hebben
wetenschappers ontdekt dat er in bepaalde bacteriën
enzymen zitten die veel efficiënter ammonia produceren.
Als we achterhalen hoe dat enzym precies
werkt, kunnen we dat nabootsen en enorm veel energie
besparen. Zelfs de zwaarste supercomputers in China
kunnen nu maar 8 atomen van dat enzym simuleren,
terwijl het enzym uit 450 atomen bestaat. En dus is
de quantum computer nodig: die kan wel een computersimulatie
van het enzym maken en die omzetten
in mathematische formules. Als we dat enzym kunnen
nabootsen, wordt de productie van kunstmest vele
malen goed koper én duurzamer. En dit is maar een
voorbeeld: quantum computers kunnen helpen bij tál
van optimalisatieproblemen. Zo kloppen nu regelmatig
financiële instellingen bij ons aan met de vraag of
we hen kunnen helpen met risicoberekeningen; die
kunnen met quantum computers immers veel sneller
en nauw keuriger worden gemaakt.
Ondanks dat er nog geen optimaal werkende quantum
computer bestaat, weten we nu al zeker dat de
mogelijkheden ervan in de toekomst legio zullen zijn.
En de gevolgen op wereldniveau misschien wel
ongekend groot! apple
INNOVATIONS MAGAZINE 2019
37