Quantumcomputer blijft toekomstmuziek

50 miljoen dollar steken ze in een project van het Delftse bedrijf QuTech, zo kondigde de computerchipfabrikant Intel afgelopen 3 september aan. QuTech stelt zich onder andere tot doel: ‘to demonstrate a scalable architecture for simultaneously processing and protecting quantum information’. Met andere woorden: de Delftenaren werken aan quantumcomputers. Zij zijn daarin niet de enigen: twee weken geleden werd in Amsterdam QuSoft gelanceerd, dat zich met de softwarekant van quantumcomputers bezig zal houden. Voorts kondigden wetenschappers van de onderzoeksafdeling van Google vorige week aan dat hun quantumcomputer maar liefst 100 miljoen keer sneller werkt dan een gewone computer. Quantumcomputers zijn hot: reden genoeg om deze mysterieuze machines eens beter te bekijken.

De quantumcomputer wordt vaak voorgesteld als een magisch apparaat, dat vele malen sneller kan rekenen dan de snelste computers die we nu hebben. Quantumcomputers zouden fantastische resultaten op kunnen leveren, bijvoorbeeld voor wetenschappelijke of medische simulaties, of het oplossen van logistieke problemen. Aan de andere kant komen er zo nu en dan verontrustende signalen naar boven over het kraken van cryptografieën die onze bankrekeningen beveiligen. Maar moderne quantumcomputers zijn nog lang niet in staat om deze verwachtingen waar te maken: het zal nog lang duren voordat ze ons dagelijks leven gaan beïnvloeden.

De quantumcomputer wordt voorgesteld als een magisch apparaat

Voordat we in kunnen gaan op de gevolgen van een eventuele quantumcoputer, moeten we iets weten over wat deze machines zo fundamenteel anders maakt dan een ‘gewone’ computer. Een binnen de quantummechanica bekend begrip is ‘superpositie’. Daarmee wordt bedoeld dat een quantumsysteem zich in zekere zin in meerdere toestanden tegelijk kan bevinden. Het welbekende voorbeeld ter illustratie van dit fenomeen is Schrödingers kat, die zich in een superpositie van dood en levend bevindt. In een quantumcomputer gebeurt iets vergelijkbaars. Waar een gewone computer werkt met ‘bits’ die alleen de waardes 0 en 1 kunnen aannemen, maakt een quantumcomputer gebruik van ‘qubits’, die door superpositie tegelijk zowel 1 als 0 kunnen zijn. Door slim van deze qubit-eigenschap gebruik te maken, werken algoritmes voor quantumcomputers alsof ze op meerdere beginwaardes tegelijk worden uitgevoerd. Hierdoor kunnen quantumcomputers bepaalde problemen veel sneller oplossen dan een gewone computer. Quantumcomputers zijn vooral efficiënt in het oplossen van problemen waarbij traditioneel een lange lijst met mogelijkheden één voor één moet worden nagelopen om te achterhalen welke de beste is: een quantumcomputer zou deze mogelijkheden parallel kunnen bekijken. Voorbeelden van dit type problemen zijn het simuleren van andere systemen uit de quantummechanica of het snel doorzoeken van een grote database.

Een specifiek voorbeeld van een probleem dat door een quantumcomputer veel sneller kan worden opgelost, is het ontbinden van een getal in zijn priemfactoren. Een algoritme voor quantumcomputers, in 1994 door Peter Shor opgesteld, lost dit probleem extreem veel sneller op dan een klassieke computer ooit zal kunnen. Leuk voor wiskundigen, maar ook van groot maatschappelijk belang: het ontbinden in priemfactoren ligt aan de basis van de cryptografische techniek RSA, die een sleutelrol speelt in het beveiligen van bankgegevens en financiële transacties. Met behulp van een quantumcomputer en Shors algoritme zou deze beveiliging eenvoudig kunnen worden gebroken.

Verontrustend nieuws. Maar gelukkig is er nog geen reden tot paniek: hoewel er inderdaad een aanzienlijk aantal beveiligingsmethodes door quantumcomputers in gevaar worden gebracht, zijn er zeker ook methodes die op termijn een alternatief voor RSA zouden kunnen vormen. Bovendien zal het nog jaren duren voordat quantumcomputers goed genoeg zijn om een bedreiging te vormen voor de ‘echte wereld’, dus ook de nieuwe technieken hebben nog even de tijd om verder ontwikkeld te worden.

Het bouwen en bedienen van een quantumcomputer is namelijk enorm ingewikkeld: het beheersen van en uitvoeren van berekeningen met qubits is bijvoorbeeld veel moeilijker dan bij een klassieke computer. Waar een gewone pc bij kamertemperatuur zijn werk kan doen, moet een quantumcomputer vaak tot ver onder het vriespunt worden gekoeld worden om de qubits stabiel te houden. Daarom hebben zelfs de modernste quantumcomputers het formaat van een kleine kamer en is zelfs de snelste quantumcomputer nog veel langzamer dan een gewone computer. De technische problemen die bij het maken van een quantumcomputer komen kijken zullen ook invloed hebben op de prijs: een betaalbare variant voor in de huiskamer zal er waarschijnlijk niet komen.

We zullen nooit zonder klassieke computers kunnen

Zelfs als quantumcomputers ooit klein en snel genoeg zijn om op grotere schaal gebruikt te worden, betekent dit niet dat we de traditionele computer de deur uit kunnen doen. De quantumcomputer kan namelijk lang niet alle taken sneller uitvoeren dan een klassieke computer. De snelheid van een quantumcomputer zou gelden voor heel specifieke taken die niet direct nuttig zijn in het dagelijks leven. Het eerdergenoemde resultaat van Google is hier een voorbeeld van. Snel een database kunnen doorzoeken of het goed kunnen simuleren van quantumsystemen is misschien handig voor een wetenschapper, maar voor het streamen van een aflevering Game of Thrones of het spelen van een potje Call of Duty levert het weinig op. We zullen nooit helemaal zonder klassieke computers kunnen.

Met de quantumcomputer zal het dus zo’n vaart niet lopen. Het veelgenoemde beveiliginsrisico dat ontstaat door het breken van cryptografieën blijft beperkt, er blijven alternatieve technieken bestaan die geen gevaar lopen. Voordat quantumcomputers klein en gebruiksvriendelijk genoeg zijn voor dagelijks gebruik is nog veel onderzoek nodig. Zelfs als daarin resultaat wordt geboekt, zullen ze lang niet altijd een verbetering zijn ten opzichte van gewone computers. Daarom, en vanwege hun technische eisen, zullen quantumcomputers te duur zijn voor gewone consumenten. Het werk van QuSoft, QuTech en Google is interessant en zinnig, maar de invloed op ons dagelijks leven zal voorlopig beperkt blijven.

Gerelateerde artikelen
Reacties
Nog geen reacties.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Naar boven