Een nieuwe generatie kwantumcomputers

Al bijna een halve eeuw lang prikkelen kwantumcomputers de verbeelding. Logisch ook: ze lossen problemen op waarvoor de klassieke machine tekortschiet. Denk aan precieze scheikundige simulaties om nieuwe moleculen en materialen te maken. Of aan complexe optimalisatieproblemen, waarbij allerlei factoren worden afgewogen om de beste oplossing te distilleren. Het disruptieve potentieel van de technologie is immens.

Een klassieke machine zou alle mogelijke oplossingen een voor een bekijken. Wat de kwantumcomputer doet, overstijgt de klassieke analogie. Het geheim van zijn probleemoplossend vermogen ligt in de kwantummechanica. Bij de berekening gaat hij uit van een kwantumsuperpositie van alle mogelijke oplossingen, om met verstrengeling en kwantuminterferentie in te zoomen op het juiste antwoord. Met zoiets komen we in ons dagelijkse leven nooit in aanraking.

0 én 1

De keerzijde van dat rekenwonder is dat de computers erg moeilijk te bouwen zijn. Een populair ontwerp werkt met supergeleidende materialen die ruimtes vereisen waar het honderd keer kouder is dan in de kosmische ruimte. De delicate kwantumtoestanden moeten zorgvuldig aangestuurd worden, en de processor mag geen straaltje licht zien. Tot voor kort waren er wereldwijd maar een paar basismodellen in gebruik, door specialisten in laboratoria. Maar de technologische vooruitgang heeft de weg gebaand voor de eerste prototypes die eindelijk ideeën, algoritmes en andere technieken kunnen testen die tot nog toe louter theorie waren.

De machines zijn nog niet krachtig genoeg voor complexere problemen dan wat de huidige supercomputer aankan. Toch hebben wetenschappers al grote sprongen gemaakt. Ze ontwikkelden algoritmes die sneller zullen lopen op een kwantummachine, en dankzij supergeleidende kwantumbits is de coherentie (de levensduur van kwantuminformatie) op tien jaar tijd meer dan verhonderdvoudigd. We zijn in staat de belangrijkste kwantumfouten te meten, en in 2016 stelde IBM de eerste kwantumcomputer open voor het brede publiek.

Met IBM Q kan je via een grafische interface aan het programmeren in de cloud. De interface werkt nu met de populaire programmeertaal Python. IBM Q heeft tot innovaties geleid die broodnodig zijn voor de verdere ontwikkeling van de technologie. Al meer dan twintig academische papers ontstonden dankzij de kwantumcomputer. Het werkveld breidt zich razendsnel uit. Onderzoekers en meer dan vijftig start-ups en grote bedrijven zijn erop gebrand de kwantumdroom waar te maken.

Hobbelig parcours

Nu hij binnen handbereik is, moeten we ons klaarhouden voor de eindeloze mogelijkheden van de kwantumcomputer. We moeten nadenken over wat we gaan doen met een machine die de meest complexe problemen aankan. Op het internet zijn alvast gidsen te vinden om ons op weg te helpen.

Er liggen nog heel wat hindernissen op het parcours. De coherentietijd moet omhoog en het foutenpercentage omlaag. Als er fouten optreden, moeten we die kunnen opmerken en verbeteren. De soft- en hardware blijven in ontwikkeling. Maar hoe we bepalen wanneer de technologie matuur is, daarover zijn de meningen verdeeld.

Sommigen voeren als criterium een berekening aan die zo obscuur is dat ze voor het brede publiek schier onmogelijk te begrijpen valt. Ikzelf en anderen vinden dan weer dat de kwantumcomputer het pas helemaal gemaakt heeft als hij problemen kan oplossen van commercieel, intellectueel en maatschappelijk belang. Het goede nieuws is dat die dag eindelijk in zicht is.