Donderdag 02/04/2020

Technologie

Waarom de kwantumcomputer de wereld straks op zijn kop kan zetten

Een kwantumcomputer kan alle mogelijkheden in een keer uitproberen, de rekenkracht is exponentieel groter dan de chips en bits waar computers vandaag mee rekenen.Beeld REUTERS

Microsoft, Intel, Google, IBM en Alibaba gaan steeds meer op zoek naar de nieuwe heilige graal: de kwantumcomputer. Als het hen lukt om zo'n wondermachine te bouwen, zou die onze wereld wel eens op zijn kop kunnen zetten.

"Je moet de kwantumcomputer zien ten opzichte van een gewone computer, zoals die computer zich verhoudt tot een telraam." Het zijn de niet mis te verstane woorden van de Delftse hoogleraar natuurkunde Leo Kouwenhoven. Hij is ervan overtuigd dat de kwantumcomputer binnen enkele jaren voor een revolutie zal zorgen. De jongste weken worden steeds meer stappen gezet in de laatste rechte lijn naar zo'n wondermachine.

Om het potentieel van een kwantumcomputer te begrijpen, moeten we naar de staat van de natuur kijken op allerkleinste schaal. Dingen die voor ons totaal onmogelijk lijken, kunnen wel volgens de wetten van de kwantummechanica. 

In tegenstelling tot een voetbal, die maar op een plaats tegelijkertijd kan zijn, is wetenschappelijk bewezen dat atomen en elektronen zich op een heel andere manier kunnen gedragen. "Het is moeilijk te vatten, maar een elektron kan op twee plekken tegelijkertijd zijn", vertelt Lieven Vandersypen, die aan de TU Delft aan de ontwikkeling van een kwantumcomputer werkt. "In het jargon noemen we dat de superpositie."

Vraag is nu of wetenschappers zelf praktische toepassingen kunnen vinden voor die kwantumverschijnselen. Met andere woorden: hoe kunnen we elektronen in superpositie gebruiken voor innovatie? Het theoretische antwoord op die vraag is de kwantumcomputer.

Doolhof

Wij drukken onszelf uit door woorden te maken met een combinatie van de 26 letters uit het alfabet, een computer vertaalt die letters in verschillende combinaties van één en nul. Die binaire schakelaars in de computer noemen we bits. 

Een kwantumcomputer werkt niet op bits, maar op kwantumbits of qubits. Die bits kunnen één en nul tegelijkertijd zijn. Dat klinkt vooral ingewikkeld, maar die eigenschap zorgt voor een waanzinnig effect.

Wiskundeprofessor Ann Dooms (VUB) gebruikt het voorbeeld van het doolhof om dat effect en het verschil tussen bits en kwantumbits uit te leggen. "Als je een computer de opdracht geeft om de weg uit een doolhof te vinden, dan zal die een voor een alle mogelijke opties afgaan tot de juiste oplossing gevonden is."

Een kwantumcomputer pakt het anders aan. "Je zou kunnen zeggen dat die een gekleurd gas door het doolhof stuurt. Dat gas zal zich over het hele doolhof verspreiden. Enkele gasdeeltjes daarvan zullen de uitgang vinden." Met andere woorden: een kwantumcomputer kan alle mogelijkheden in een keer uitproberen, de rekenkracht is exponentieel groter dan de chips en bits waar computers vandaag mee rekenen.

Medicijnen

Online-veiligheidsexperts volgen de evolutie op de voet. Zij vrezen dat kwantumcomputers onze versleutelde berichten zullen kunnen kraken. Denk bijvoorbeeld aan bankzaken die je doet via een banking app.

"Zulke berichten worden vandaag beveiligd met een RSA-versleuteling", legt professor Dooms uit. Dat is een systeem waarbij een publieke en een bijhorende private sleutel worden gegenereerd. "De link tussen beide bestaat uit het combineren van twee voor de buitenwereld onbekende hele grote priemgetallen. Die zijn met een gewone computer moeilijk te achterhalen omdat er geen beter algoritme bestaat dan alleen maar alle mogelijkheden uit te proberen. Een kwantumcomputer kan in theorie die code wel binnen afzienbare tijd kraken."

Los van de uitdagingen op vlak van onlinebeveiliging, brengt de kwantumcomputer ook heel wat opportuniteiten met zich mee. 

Lieven Vandersypen van de TU Delft denkt aan de snelheid waarmee je dankzij een kwantumcomputer medicijnen zult kunnen testen. Vandaag testen we een medicijn door het te maken, in te slikken en te kijken of het werkt. "Maar met de rekenkracht van een kwantumcomputer kun je eigenschappen van moleculen berekenen en veel gerichter zoeken. Dat is iets wat we nooit zullen kunnen met gewone computers."

Of denk aan supergeleiders. "Vandaag kennen we materialen die ongelofelijk goed geleiden bij een temperatuur van min 200 graden Celsius, dat is niet werkbaar voor een hoogspanningskabel. Met behulp van kwantumberekeningen kunnen we misschien materialen ontwikkelen die even goed geleiden, maar bij een temperatuur van 15 graden Celsius."

Op dit moment pompen heel wat grote technologiebedrijven veel geld in de ontwikkeling van een kwantumcomputer. Maar of die er ook komt is maar de vraag, want het aaneenschakelen van qubits is aartsmoeilijk. "In theorie heb je maar een pakket van 50 qubits nodig om de rekenkracht van een supercomputer te evenaren, maar op dit moment zitten we nog maar aan de rekenkracht van een smartphone."

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234