De natuur is prachtig en geeft soms een aantal van haar geheimen prijs om ons mensen in staat te stellen de wetten van de natuur toe te passen in ons dagelijks en toekomstig leven. Neem bijvoorbeeld het proces als fotosynthese waar lichtinval op een blad wordt vertaald met als output zuurstof. Daartussen zit een fascinerend proces van calculaties waarin de natuur berekeningen uitvoert die gebruik maken van de kwantummechanica wetten. Niet zoals onze “klassieke” computersystemen die 0 of 1 kunnen zijn, maar 0,1 of gelijktijdig 0 en 1 kunnen zijn.
Het zou toch mooi zijn als we op basis van deze principes nieuwe computersystemen kunnen bouwen die exponentieel parallelle berekeningen zouden kunnen uitvoeren en ons zouden kunnen helpen bij het oplossen van grote maatschappelijke uitdagingen? Laten wij dit voor het gemak een quantum computer noemen.
Hoe werkt het?
Onze huidige computersystemen, ja ook uw nieuwste smartphone die u nog maar 1 week heeft, maken gebruik van normale bits die een 0 of 1 kunnen zijn. Een simpel maar doeltreffend serieel proces. Een Quantum computer daarentegen maakt gebruik van Qbits (Quantum Bit). Een Qbit kan een 0 of een 1 zijn, of 0 en 1 op hetzelfde moment. Dit fenomeen wordt ook wel “superpositie” genoemd.
Door deze Qbits te verstrengelen (entanglement) kunnen deze namelijk 2ˆn verschillende staten aannemen, waarbij n het aantal verstrengelde qubits vertegenwoordigt. Met twee entangled Qbits heb je vier staten, met drie qubits acht en met vier qubits zestien etc. Door superpositie en verstrengeling samen stijgt de capaciteit van Quantum computers exponentieel waardoor deze in staat zijn snelle parallelle berekeningen uit te voeren die met onze huidige computers niet mogelijk zijn.
Beter dan supercomputers
Laat ik u een simpel voorbeeld geven. Stel, je hebt 25 deuren en achter deur 18 ligt een banaan. Een klassiek computersysteem zal iedere deur 1 voor 1 openen tot hij bij deur 18 is beland. Een quantum computer zet gewoon alle 25 deuren tegelijk openen. Een universele quantum computer van vijftig Qbits kan dus oplossingen bieden voor problemen waar de huidige vijfhonderd snelste supercomputers ter wereld momenteel niet uitkomen,
Zo las ik laatst in een interessant artikel dat er over een aantal jaren een quantumchip in onze smartphones geplaatst zou kunnen worden. Dat lijkt mij een hele uitdaging wetende dat een quantum computer opereert op het absolute nulpunt; -273,15 C. Moet er wel een hele dikke handschoen bij geleverd worden! Maar een toekomstige smartphone, gekoppeld aan een quantum computer in de cloud zal wel tot de mogelijkheden behoren.
Voor welke toepassingen is het geschikt?
Quantum computers gaan niet worden ingezet voor normale toepassingen. Je e-mail zat niet sneller worden verstuurd en ook je mobiele transactie zal niet sneller worden afgehandeld. Toepassingen van quantum technologie waaraan gedacht kan worden zijn:
- De ontdekking en ontwikkelingen van nieuwe geneesmiddelen;
- Supply Chain en Logistiek; optimale logistieke keten efficiency vinden;
- Nieuwe materialen zoals material science;
- De mogelijkheid om Cloud Computing technologie end-to-end te beveiligen;
- Nieuwe functionaliteit van nieuwe aspecten die kunstmatige intelligentie (AI) een stap verder brengt;
- Zeer snelle data verwerking en herkenning van patronen in data, ook als deze gedeeltelijk ontbreekt.
Zelf uitproberen?
IBM heeft inmiddels binnen de Quantum Experience voor researchers, developers en programmeurs een nieuwe API gelanceerd waarbij diepgaande kennis over quantum fysica niet nodig zal zijn: klik hier.
Hiermee is het mogelijk om interfaces te bouwen tussen klassieke systemen en een Cloud gebaseerde 16 Qbit Quantum Computer om algoritmes te draaien en experimenten uit te voeren. Deze fantastische functionaliteit uit de IBM Cloud is gratis. Een volledige Software Development Kit (SDK) is hiervoor tevens beschikbaar: klik hier.
Een 17 Qbit versie staat inmiddels op stapel die minstens twee keer zo krachtig is als de bovenstaande gratis versie. Een duidelijk voorbeeld van “You-to-the-power-of-IBM” waarin IBM zijn leidende positie weergeeft!
Gerard E.A. Smit, CTO Benelux, IBM Distinguished Engineer
