Technotopia
"De kwantumcomputer heeft de potentie om dezelfde revolutie in gang te zetten als de ontwikkeling van de personal computer." Deze quote komt niet van een CEO van een techbedrijf die zijn beurswaarde wil verhogen, maar staat in het rapport van het comité voor de Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2012. Natuurkundige prof. Lieven Vandersypen verwijst naar de quote om aan te geven dat hij en zijn collega's baanbrekend werk aan het doen zijn. In zijn lezing 'De kracht van kwantum' vertelt hij wat er allemaal bij komt kijken om te werken aan technologie die de wereld kan veranderen.
Ongekende rekenkracht
De computer zoals bij iedereen nu op kantoor of thuis staat, is gebaseerd op de klassieke natuurkunde. Wat zo'n apparaat in de kern goed kan, is rekenen. Wanneer je een computer bouwt volgens de wetten van de kwantummechanica verandert er iets fundamenteels in hoe het apparaat rekent. Om dit te illustreren gebruikt Vandersypen het voorbeeld van een doolhof. Als we nu een computer vragen een uitgang te vinden, dan gaat hij één voor één alle mogelijkheden langs tot hij de uitgang heeft gevonden. Bij een ingewikkeld doolhof, met veel doodlopende gangen, duurt het enige tijd voordat de oplossing is gevonden. Wat een kwantumcomputer anders maakt, is dat hij in één keer de verschillende opties kan analyseren. Niet één voor één alles uitproberen, maar alle gangen tegelijkertijd afgaan. En zo kan een kwantumcomputer dus sneller een uitweg uit het doolhof vinden. Dit klinkt als een kleine verandering, maar betekent een ongekende toename aan rekenkracht.
Onvoorstelbare natuurkunde en eindeloze mogelijkheden
De kwantumcomputer maakt gebruikt van de karakteristieke eigenschappen van de natuur op de allerkleinste schaal. De natuurwetten gedragen zich daar fundamenteel anders dan wij gewend zijn. De klassieke bits, enen en nullen, zijn bij de kwantumcomputer qubits, enen en nullen tegelijkertijd en alles daar tussenin. Het is lastig te vatten hoe we ons dat voor moeten stellen, erkent Vandersypen. Maar, zo stelt hij: “we moeten de verbazing voorbij, accepteren dat het zo is en ontdekken wat we ermee kunnen.”
Het is geen kwestie van of, maar van wanneer we die ongekende rekenkracht tot onze beschikking hebben. Om de impact daarvan te onderstrepen: slechts 50 qubits hebben al meer rekenvermogen dan de snelste supercomputers die we nu kennen. De interessante vraag is dan dus: wat gaan we daarmee doen? Twee serieuze gebieden waar we de kwantumcomputer kunnen inzetten om problemen op te lossen zijn het energievraagstuk en gezondheid. Een kwantumcomputer is in staat om op individueel moleculair niveau te rekenen en kan zo bijvoorbeeld de chemische processen in batterijen optimaliseren, of de invloed van medicijnen in ons lichaam.
Maar de ontwikkeling van de kwantumcomputer is niet de enige stap die gezet moet worden. Om de kwantumcomputer moet een heel systeem worden gebouwd: de juiste algoritmes om die berekeningen uit te voeren, software en complexe technische componenten bijvoorbeeld. “Er verschijnen steeds meer ideeën voor de toepassing van de kwantumcomputer, het meeste is echter speculatief. Mijn voorkeur is om iets te maken dat nuttige problemen kan oplossen,” aldus Vandersypen.
