De kwantumcomputer: de supercomputer van de toekomst?
Wat is een kwantumcomputer?
Een gewone computer praat in de taal van nulletjes en eentjes. Denk aan een lichtknopje: het staat óf aan (1) óf uit (0). Zo’n kleinste stukje informatie noemen we een bit.
Een kwantumcomputer (of quantum computer in het Engels) gebruikt qubits. Het bijzondere aan een qubit is dat hij niet alleen 'aan' of 'uit' kan staan, maar ook een beetje van allebei tegelijk. Dat is moeilijk voor te stellen, maar in de wereld van atomen (de bouwstenen van alles om ons heen) is het heel normaal.
Hier zie je een computerchip met qubits. Deze zit op een speciale printplaat die ervoor zorgt dat alles werkt op extreem lage temperaturen.
Hoe werkt een kwantumcomputer?
De kracht van de kwantumcomputer komt door twee vreemde eigenschappen uit de natuurkunde:
Superpositie: Dit betekent dat een deeltje op meerdere plekken of in meerdere toestanden tegelijk kan zijn. Vergelijk het met een doolhof: een gewone computer probeert één voor één alle paadjes uit. Een kwantumcomputer kan door alle gangen tegelijk lopen.
Hoogleraar in de technische natuurkunde Carlo Beenakker legt uit hoe dit werkt. De hele aflevering van Andries en de wetenschappers bekijk je op NPO Start.
Verstrengeling: Twee qubits kunnen 'verbonden' zijn, ook al zijn ze ver uit elkaar. Wat er met de één gebeurt, heeft direct invloed op de ander. Hierdoor kunnen qubits extreem goed samenwerken.
Superpositie en verstrengeling zijn alleen mogelijk als een computer extreem koud is. De meeste kwantumcomputers staan in een soort 'superkoelkast' die kouder is dan de ruimte in het heelal: -273 graden Celsius.
Wat is het voordeel boven een gewone computer?
Het grootste voordeel is parallelle rekenkracht. Een gewone computer doet stapje voor stapje zijn werk. Een kwantumcomputer bekijkt alle mogelijke oplossingen van een probleem tegelijkertijd. Stel je voor dat je de beste zitplaatsen voor 100 gasten op een bruiloft moet berekenen. Daarvoor zijn meer combinaties mogelijk dan er atomen in het heelal zijn. Een gewone computer raakt in de war, maar een kwantumcomputer rekent dit in een paar seconden uit. Een kwantumcomputer kan dus problemen oplossen waar zowel mensen als gewone computers van duizelen.
De huidige stand van zaken
We zijn nu in de fase van de 'kwantum-voorsprong'. Dit betekent dat kwantumcomputers voor het eerst sommen oplossen die voor gewone computers echt te moeilijk zijn. Toch staan we nog aan het begin. De grootste uitdaging nu is dat kwantumcomputers nog veel fouten maken. Qubits zijn namelijk erg gevoelig voor warmte of trillingen. Wetenschappers, ook in Nederland, werken hard aan 'foutcorrectie'. Er bestaan nu werkende kwantumcomputers, maar ze zijn nog niet zo betrouwbaar als je laptop.
Wat zijn de beloftes en gevaren van de kwantumcomputer?
De kwantumcomputer kan onze wereld gaan veranderen op drie belangrijke gebieden:
- Medicijnen: Kwantumcomputers kunnen hoe nieuwe medicijnen werken op het kleinste niveau. Hierdoor hopen we ziektes zoals kanker of Alzheimer veel sneller aan te kunnen pakken.
- Duurzaamheid: De kwantumcomputer kan helpen bij het uitvinden van betere batterijen of een manier om CO2 uit de lucht te halen, door berekeningen te maken die te ingewikkeld zijn voor gewone computers.
- Veiligheid: Kwantumcomputers kunnen bijna alle huidige wachtwoorden kraken. Daarom werken we nu al aan nieuwe 'kwantumveilige' sloten voor ons internetbankieren.
Deskundigen over de beloftes en gevaren van de kwantumcomputer:
AI en de kwantumcomputer: een gouden duo
Kunstmatige Intelligentie (AI) heeft enorme hoeveelheden data nodig om te leren. Een kwantumcomputer is perfect om die data razendsnel te ordenen en patronen te herkennen die een normale AI niet ziet. Aan de andere kant helpt AI ook om kwantumcomputers beter te maken. AI kan namelijk helpen om de fouten in de qubits sneller te vinden en te herstellen. Samen vormen ze een 'super-intelligentie' die zeer complexe problemen kan oplossen.
Kortom: de kwantumcomputer is nog niet klaar voor de huiskamer, maar in laboratoria gebeuren nu al wonderen. Dat kan deuren openen naar wetenschappelijke ontdekkingen die we nu nog niet eens kunnen voorspellen.
