Digitale revolutie: Supercomputer

Een quantumcomputer die sterk genoeg is om onze klassieke computers naar de kroon te steken komt steeds dichterbij, aldus George van Hal, wetenschapsjournalist bij de New Scientist. Hij schreef er een boek over waarin hij een digitale revolutie voorspelt.

Door Bart van Ratingen

“Bij QuTech aan de TU Delft sleutelt men al langer aan de quantumcomputer. Het is een ultiem rekenbeest dat gebruikmaakt van zogeheten qubits – informatiedragers die niet hetzij ‘0’, hetzij ‘1’ kunnen zijn, zoals de bits in de huidige computers, maar ook allebei tegelijk. In de quantummechanica heet een dergelijke toestand een superpositie. Hierbij heeft een deeltje tegelijk twee eigenschappen heeft die elkaar klassiek volkomen lijken uit te sluiten. Die superpositie en het feit dat qubits ook verstrengeld kunnen zijn, zijn twee maffe eigenschappen die ervoor zorgen dat berekeningen in een quantumcomputer als het ware parallel kunnen worden uitgevoerd. De computer kan als het ware tegelijk verschillende uitkomsten verzamelen die je normaal één voor één zou moeten berekenen.”

Foutcorrectie

“Superposities zijn echter tegelijkertijd ook de zwakke plek van de quantumcomputer. Wanneer je de quantuminformatie die in een superpositie gevangen zit probeert te meten, wordt die superpositie direct verstoord. Hierdoor is het lastig te ontdekken of er fouten zijn ontstaan tijdens berekeningen. Wie een quantumberekening wil controleren, helpt door dit probleem immers direct de gehele berekening naar z’n grootje.”

De computer kan als het ware tegelijk verschillende uitkomsten verzamelen die je normaal één voor één zou moeten berekenen’

“Helaas kun je niet zonder foutcorrectie wanneer je een quantumcomputer wilt bouwen. Dat maakt goede quantumfoutencorrectie tot één van de belangrijkste uitdagingen voor de eerste generatie van deze nieuwe computers. In Delft hebben ze dat procedé een jaar of twee geleden deels onder de knie gekregen met behulp van een ingewikkelde methode die kan onthullen of een systeem een fout heeft, zonder een bit direct te meten. Op die manier blijft het quantumsysteem zelf gecodeerd en beschermd.”

Fundamentele vragen

“Overigens weet nog niemand precies hoe zo’n quantumcomputer eruit gaat zien. Sommige experts denken dat ‘ie nooit gerealiseerd zal worden, andere geloven dat we er steeds dichterbij komen. Zij verwachten dat de quantumcomputer tot een digitale revolutie kan leiden, omdat hij de weg vrijmaakt voor berekeningen die tot nu toe ondenkbaar zijn. Deze kunnen om te beginnen tot doorbraken leiden in de wetenschap zelf, met name in de sfeer van quantumsystemen. Dat klinkt misschien niet zo indrukwekkend, maar onze hele werkelijkheid zelf is quantummechanisch, tot op het kleinste niveau.

‘Sommige experts denken dat ‘ie nooit gerealiseerd zal worden, andere geloven dat we er steeds dichterbij komen’

Het is dus niet ondenkbaar dat een quantumcomputer straks de meest fundamentele vragen over hoe de wereld werkt kan beantwoorden. Op die manier kan hij natuurkundigen bijvoorbeeld op weg helpen richting hun langgezochte theorie van alles, de theorie die letterlijk alles moet vangen in een enkele wiskundige beschrijving. En tot slot is er nog de brute rekenkracht. Met het juiste algoritme kan een quantumcomputer substantieel sneller door grotere hoeveelheden gegevens spitten dan onze huidige computers.”

George van Hal

George van Hal (1980) is wetenschapsjournalist en redacteur bij de Nederlandse editie van het toonaangevende populairwetenschappelijke tijdschrift New Scientist. Hij is tevens zelfverklaard sciencefiction- en filmfanaat, en schreef daarover het boek Robots, aliens en popcorn. Zijn laatste publicatie is De quantumcomputer – Een digitale revolutie op het punt van uitbreken.