De race naar een quantumcomputer

De quantumcomputer spreekt enorm tot de verbeelding, maar gold lang als toekomstmuziek. De systemen die er zijn, bevinden zich veelal in laboratoria en zijn opgebouwd uit een complexe wirwar van leidingen en kabels, met onderdelen die tot enkele graden boven het absolute nulpunt gekoeld moeten worden. De stellages voldoen niet aan het beeld dat mensen van een computer hebben. Heel veel toepassingen voor de rekenmonsters waren er lange tijd niet en de toepassingen die wetenschappers bedachten, waren hoe dan ook theoretisch.

In de afgelopen jaren is er echter iets veranderd. De techgiganten Microsoft, Google en IBM hebben zich vol op de ontwikkeling van quantummachines gestort. Blijkbaar zijn er zoveel vorderingen gemaakt en zijn de voordelen van het hebben van een werkende quantumcomputer inmiddels zo evident, dat er een soort race is ontstaan wie als eerste een werkend exemplaar kan inzetten, een space race op quantumgebied.

Over quantumcomputing hebben we in de afgelopen jaren regelmatig geschreven en vooral in het artikel Kwantumcomputers komen eraan kwam de werking aan bod. We gaan hier niet opnieuw uit de doeken doen hoe qubits de basis vormen en hoe die zowel een 0 als een 1 kunnen zijn. Om een idee te geven van de rekencapaciteiten, is het wellicht behulpzaam het voorbeeld van Discover van twintig jaar geleden aan te halen.

Stel je moet een map met documenten vinden die iemand in de lade van zijn bureau in een groot kantoorgebouw heeft achtergelaten, je weet alleen niet welk bureau. Je kunt bij de onderste etage bij het eerste bureau beginnen met kijken en zo een voor een alle bureaus afgaan. Dit is vergelijkbaar met hoe een klassieke cpu het aanpakt: serieel. Je kunt ook teams samenstellen die tegelijk de bureaus van verschillende etages controleren en hun bevindingen doorgeven. Dit is vergelijkbaar met parallelle verwerking zoals gpu's die bijvoorbeeld bieden.

Een quantumcomputer pakt het helemaal anders aan. Een manier om het te vergelijken is dat je zoveel klonen van je zelf maakt, dat je op hetzelfde moment in alle laatjes tegelijk kunt kijken. Bij het vinden van de map met documenten verdwijnen alle klonen op de vinder na. Het is natuurlijk een ongenuanceerde vergelijking, maar ze geeft wel aan dat de quantumcomputer enorme snelheidswinst kan bieden, al is het voor een beperkte groep berekeningen. Bekende voorbeelden van ontwikkelde algoritmen zijn bijvoorbeeld die voor zoeken in ongestructureerde databases, namelijk het algoritme van Grover, en die voor het berekenen van priemfactoren van een integer, Shors algoritme. Inmiddels zijn er meer dan vijftig quantumalgoritmes bedacht.

In Delft vond in januari de 21ste editie van de QIP, de Quantum Information Processing-conferentie, plaats. Dit is wereldwijd de belangrijkste bijeenkomst voor onderzoekers die zich met quantuminformatie bezighouden. Naast een heleboel wetenschappers waren daar ook IBM, Microsoft en Google aanwezig om de laatste technologische vorderingen te schetsen. Dat bood ons een mooie gelegenheid om te vragen waar we nu staan bij de ontwikkeling van de quantumcomputer en waar de bedrijven de systemen eigenlijk voor denken te kunnen inzetten.