Kwantumcomputers worden al jaren gezien als toekomstmuziek, maar de technologie kent een snelle ontwikkeling.
Een kwantumcomputer is geen snellere pc, maar wel een heel ander soort computer. Hij werkt met qubits en niet met klassieke bits. Qubits zijn bits die zich gedragen volgens de regels van de kwantummechanica. Dat maakt volledig nieuwe vormen van rekenen mogelijk, met misschien wel revolutionaire toepassingen in wetenschap, industrie en cybersecurity.
Als dat nog abstract klinkt, moet je je geen zorgen maken. In dit artikel maken we je wegwijs in wat een kwantumcomputer juist is, hoe hij werkt en waarom we er nog geen op onze bureau hebben staan.
Nieuwe benadering van beveiliging vereist voor hybride werken
De beveiliging van endpoints moet beter worden om hybride werken veilig te ondersteunen. Organisaties kunnen risico’s verminderen door een nieuwe architectuur toe te passen…
Hoe werkt een gewone computer?
Een klassieke computer werkt met bits: de kleinste eenheden van informatie. Elke bit heeft een waarde van 0 of 1. Alles wat een computer, dus tekst verwerken, video afspelen en browsen gebeurt door reeksen van die nullen en enen razendsnel te combineren. Een kwantumcomputer gebruikt in plaats daarvan qubits. Die gedragen zich volgens de regels van de kwantummechanica, een tak van de natuurkunde die het gedrag van de allerkleinste deeltjes beschrijft.
Het bijzondere aan qubits is dat ze in superpositie kunnen zijn: ze kunnen tegelijk 0 én 1 zijn. Dat betekent dat een kwantumcomputer meerdere berekeningen tegelijk kan uitvoeren. Een tweede belangrijk fenomeen is ‘entanglement’: twee qubits kunnen met elkaar verbonden zijn op zo’n manier dat de toestand van de ene direct iets zegt over de andere, ongeacht de afstand ertussen. We verduidelijken dat in de volgende alinea.
Om ‘entanglement’ eenvoudig uit te leggen, denk je aan een muntstuk. Elke munt heeft twee kanten: kop of munt. Als je de munt opgooit blijft hij ronddraaien tussen die twee waarden (kop of munt). Een klassieke computer kan niets met de ‘munt’ in de lucht. Als je bijvoorbeeld een pincode wil genereren, kan een klassieke computer dat doen, maar vrij traag. Hij moet alle mogelijke combinaties elimineren om uiteindelijk bij de juiste uit te komen. Een kwantumcomputer kan alle mogelijkheden in één keer doorlopen.
Wat kan een kwantumcomputer beter?
Een simpel voorbeeld: stel dat je een viercijferige pincode wil kraken. Een klassieke computer moet die combinaties één voor één proberen. Een kwantumcomputer kan dankzij superpositie al die mogelijkheden tegelijkertijd evalueren. Dat maakt hem voor zulke taken duizenden keren efficiënter. Let op: het is niet zo dat een kwantumcomputer alles beter kan. Voor dagdagelijkse toepassingen is een gewone laptop sneller, stabieler en goedkoper.
Waarom duurt het bouwen ervan zo lang?
Hoewel het idee al sinds de jaren 80 bestaat, is het bouwen van een werkende kwantumcomputer bijzonder moeilijk. Dat komt omdat qubits extreem gevoelig zijn voor verstoring. Licht, warmte, trillingen of magnetische velden kunnen hun toestand veranderen, waardoor berekeningen fout lopen. Daarom draaien kwantumcomputers meestal in extreme omstandigheden. De meeste systemen moeten worden afgekoeld tot temperaturen van −273,15 °C, en staan in grote, afgeschermde laboratoria.
lees ook
Over zeehonden en cinema’s: hoe IT moderne bedrijven de toekomst instuwt
Zelfs dan zijn ze nog foutgevoelig. Wetenschappers werken daarom aan foutcorrectie-algoritmes en nieuwe soorten qubits die meer aankunnen. We bevinden ons nu in het zogenaamde NISQ-tijdperk (Noisy Intermediate-Scale Quantum): een fase waarin kwantumcomputers al wel experimenteel gebruikt worden, maar nog niet commercieel klaar zijn.
Wie werkt eraan?
De ontwikkeling van kwantumcomputers is een wereldwijde race geworden. Grote techbedrijven zoals Google, IBM, Microsoft en Intel steken miljarden in onderzoek. Ook universiteiten, start-ups en overheden bouwen continu mee aan kwantumprogramma’s. In Europa is er het Quantum Flagship-initiatief, in de VS het National Quantum Initiative, en ook China en Japan hebben gelijkaardige projecten lopen.
Volgens IBM hebben bestaat de eerste gebruiksklare en foutloze kwantumcomputer in minder dan vijf jaar. Google claimde in 2019 ‘kwantumoverwicht’ te hebben bereikt: een experiment waarbij hun kwantumprocessor een berekening uitvoerde die een klassieke supercomputer duizenden jaren zou kosten.
Tegelijkertijd bouwen ook overheden aan hun eigen kwantumprogramma’s. In Europa is er het Quantum Flagship-initiatief, in de VS het National Quantum Initiative, en ook China en Japan hebben gelijkaardige projecten lopen.
Wat kunnen we ermee doen?
Kwantumcomputers gaan naar verwachting voor een revolutie zorgen in bepaalde sectoren. Bijvoorbeeld:
- Geneeskunde: moleculen nabootsen om nieuwe medicijnen sneller te ontdekken.
- Energie: betere batterijen ontwikkelen of chemische processen optimaliseren.
- Logistiek: supersnel de beste route berekenen voor transportnetwerken.
- Financiën: risicoanalyses en marktmodellen drastisch versnellen.
Maar ook bij AI-training kunnen kwantumcomputers een cruciale rol gaan spelen als ze ooit krachtig en stabiel genoeg zijn.
Waarom maakt iedereen zich zorgen over encryptie?
Eén van de grootste zorgen rond kwantumcomputers is dat ze ooit (en vrij snel) in staat zullen zijn om populaire versleuteling in korte tijd te breken. Dat komt omdat ze wiskundige problemen kunnen oplossen, waarop de huidige encryptie gebouwd is, waar klassieke computers oneindig lang over zouden doen. Of toch te lang voor er nieuwe standaarden ontwikkeld zijn.
Daarom zijn onderzoekers wereldwijd bezig met het ontwikkelen van post-kwantum cryptografie. Dat zijn nieuwe beveiligingsstandaarden die bestand zijn tegen kwantumaanvallen. Sommige bedrijven en overheden bereiden zich hier nu al op voor, nog voor er praktische kwantumcomputers bestaan.
lees ook
Hoe werkt end-to-end encryptie van e-mails?
Conclusie
Een kwantumcomputer rekent niet sneller, maar volledig anders. Door gebruik te maken van de regels van de kwantummechanica, is hij in staat om een eerder ongeziene hoeveelheid rekenkracht te gebruiken.
Vandaag zijn het nog heel fragiele machines in laboratoria, maar wie de technologie het snelst onder de knie krijgt, heeft binnen x-aantal jaar een belachelijk groot voordeel in wetenschap, veiligheid en industrie. Misschien zweren we onze huidige pc’s dan wel af.
