De ontwikkeling van computers gaat razendsnel. Kijk bijvoorbeeld eens naar je smartphone. 50 jaar geleden had je voor dezelfde hoeveelheid rekenkracht een kamer vol peperdure computers nodig. En nu past het allemaal in je broekzak. En een gemiddelde usb-stick kan nu al meer data opslaan dan een compleet arsenaal aan harde schijven van vroeger.

Hoewel we enorme stappen hebben gezet op het gebied van computers, blijven er problemen die gewone computers niet op kunnen lossen. Je hoort daarom steeds vaker over quantum computing. In dit artikel lees je wat quantum computing is en welke problemen het kan oplossen.

De grenzen van klassieke computers

Als ik het in dit artikel over klassieke computers heb, bedoel ik computers zoals jij en ik daar dagelijks op werken. In die computers zitten transistors die verantwoordelijk zijn voor alle berekeningen. Lange tijd hebben we ons geconcentreerd op het verkleinen van die transistors. Logisch, want hoe kleiner ze zijn, hoe meer we er in een computer kunnen gebruiken. En hoe meer transistors, hoe sneller de computer.

Quantum computing - transistor op een moederbord.

Transistors staan aan de basis van onze computers.

Een klassieke computer is in feite niets meer dan een rekenmachine. Zodra wij input leveren, gaat een computer aan de slag met die data. Met een hele hoop bits, nullen en enen, probeert een computer die input te vatten en er logische keuzes aan te verbinden. Dat gebeurt allemaal aan de hand van instructies die we van tevoren hebben meegegeven.

Maar we leven in een wereld die steeds meer data bevat. Ontwikkelingen zoals Big Data en het Internet of Things vragen om steeds meer nullen en enen, en de bijbehorende transistors om ze te verwerken. En hoe complexer het probleem, hoe langer een klassieke computer erover doet om een oplossing te vinden. Daar waar de problemen zo complex worden dat klassieke computers er niet meer tegenaan kunnen rekenen, ontstaat quantum computing.

Wat is quantum computing?

Volgens een onderzoek van PricewaterhouseCoopers zijn we over iets meer dan 20 jaar al niet meer in staat om alle machines ter wereld van stroom te voorzien. Dat is precies de reden waarom de computerindustrie denkt dat kwantumcomputers de toekomst hebben. Maar hoe werkt zo’n kwantumcomputer nou eigenlijk?

Een klassieke computer gebruikt bits, dat zijn de nullen en enen, om berekeningen te doen. Simpel gezegd is iets in de huidige computerwereld waar (1) of niet waar (0). Een kwantumcomputer werkt in de wereld van atomen en subatomische deeltjes. In die wereld bestaan deeltjes die tegelijkertijd zowel waar als niet waar kunnen zijn. En alles daar tussenin.

Om het duidelijker te maken, kun je je een bol voorstellen. Een klassieke bit kan altijd alleen maar op 1 van de beide polen van die bol zijn. Een qubit, waar kwantumcomputers mee rekenen, kan op élke plek op die bol zijn. Dat betekent dat een kwantumcomputer veel meer informatie kan opslaan, en tegelijkertijd veel minder energie verbruikt. Het betekent waarschijnlijk ook dat we processoren gaan krijgen die een miljoen keer sneller zijn dan de processoren die we nu gebruiken.

Welke problemen kan quantum computing oplossen?

50 jaar geleden hadden ze je raar aangekeken als je met het idee van een smartphone kwam. Zo is het nu ook met kwantumcomputers. We zien de potentie ervan, maar we weten nog niet precies hoe de ontwikkeling verdergaat. Toch is er in elke industrie wel een praktische toepassing te bedenken voor kwantumcomputers. Je moet vooral denken aan problemen waar klassieke computers nu niet mee om kunnen gaan.

1. Zoeken naar de speld in een hooiberg

Met kwantumcomputers wordt het doorzoeken van enorme bergen ongestructureerde data een stuk makkelijker. Stel je voor dat je in de telefoongids op zoek bent naar een bepaald nummer, zonder dat je weet welke naam daar bij hoort. Een klassieke computer zou elk telefoonnummer apart bekijken, terwijl een kwantumcomputer er meerdere tegelijk kan bekijken. Als je bijvoorbeeld 1 miljoen telefoonnummers hebt, moet een klassieke computer daar 1 miljoen berekeningen voor doen. Een kwantumcomputer heeft daar misschien maar enkele duizenden berekeningen voor nodig.

Quantum computing - speld in hooiberg

Zoeken naar een speld in een hooiberg. Dat duurt met kwantumcomputers niet lang!

2. Ontwikkeling van medicijnen

Wetenschappers die onderzoek doen naar nieuwe medicijnen, maken vaak gebruik van computermodellen. Zo kunnen ze voorspellen hoe een nieuw medicijn zich zal gedragen. Dit gebeurt op het niveau van moleculen. Het probleem is alleen dat moleculen onderhevig zijn aan de wetten van de kwantumfysica. Daardoor is het bijna onmogelijk om met klassieke computers een volledig betrouwbaar model te maken. De rekenkracht van quantum computing kan hier ook een uitkomst bieden.

3. Klimaatverandering en weersvoorspelling

Met behulp van kwantumcomputers worden weersvoorspellingen stukken nauwkeuriger. Omdat deze computers veel meer data tegelijk kunnen analyseren, weten we bijvoorbeeld eerder waar noodweer zal ontstaan. Als het nodig is, kun je gebieden dan eerder evacueren. Ook kunnen we beter voorspellen hoe we ons klimaat beïnvloeden, zodat we beter voorbereid zijn op de gevolgen en op tijd bij kunnen sturen.

Tot slot

Eric Ladizinsky, oprichter van een bedrijf dat kwantumcomputers ontwikkelt, heeft de verschillen tussen klassieke en kwantumcomputers heel mooi uitgelegd. Stel je voor dat je 5 minuten hebt om een X te vinden die op een willekeurige pagina van een boek staat. En stel je voor dat dat boek, samen met 49 miljoen andere boeken, in de bibliotheek van het Amerikaanse Congres staat. Jij bent de klassieke computer. De kans dat je binnen 5 minuten de ‘X’ vindt, is te verwaarlozen. Maar wat nou als er 50 miljoen verschillende realiteiten waren, en je in al die realiteiten een ander boek kon bekijken? Dan ben je een kwantumcomputer, en is het vinden van ‘X’ een fluitje van een cent.

De kans is groot dat we over een jaar of 50 terugkijken en niet begrijpen hoe we ooit zonder kwantumcomputers konden. Zo groot zal de impact waarschijnlijk zijn. Het is een interessante ontwikkeling om in de gaten te houden, omdat het problemen gaat oplossen die nu nog onoplosbaar lijken. Op naar de toekomst!