Een computer die met AI-modellen de gezondheidszorg verbetert of nieuwe medicijnen ontwikkelt? Met de lancering van Google’s ‘Willow’ quantumchip komt die toekomst dichterbij. Toch staan we nog aan het begin, zegt Prof. Dr. C.W.J. Beenakker (Leiden University): “Er zijn nog geen bedrijven afhankelijk van quantumcomputers. Voorlopig blijven het speeltjes met veel potentie.“
Om te begrijpen wat de Willow-chip nou zo bijzonder maakt, is het handig om eerst te weten wat een quantum computer eigenlijk is. Alles wat een computer doet, wordt opgebouwd uit enen en nullen. Waar gewone computers werken met ‘bits’ die 0 of 1 zijn, werken quantum computers met ‘qubits’ die tegelijkertijd 0 én 1 zijn. In de quantumfysica wordt dit een superpositie genoemd.
Nogsteeds abracadabra? Stel je een munt voor:
Een gewone computer kiest kop (0) of munt (1).
Een quantumcomputer laat de munt draaien, en terwijl hij draait, is hij eigenlijk zowel kop áls munt tegelijk. Pas als je stopt met draaien, ‘besluit’ de munt om kop of munt te zijn.
Wat lost de Willow chip precies op?
De Willow quantumchip van Google is een belangrijke stap in de ontwikkeling van quantumcomputers, maar het is slechts een begin. “De technologie bevindt zich op een soort roadmap,” legt Beenakker uit. “Het uiteindelijke doel is een grote en krachtige quantumcomputer die problemen kan oplossen die gewone computers nooit aankunnen. Maar daar zijn we nog lang niet.”
Op dit moment zijn quantumcomputers vooral experimentele apparaten. “Google en IBM hebben quantumcomputers, en bij IBM kun je zelfs een account maken en ermee rekenen. Maar deze computers zijn klein, met slechts een paar honderd qubits. Ter vergelijking: een gewone computer heeft miljoenen bits.”
Maar wat is dan precies Google’s doorbraak?
Een van de grootste uitdagingen voor quantumcomputers is stabiliteit. “Quantumcomputers, zoals ze nu bestaan, crashen heel snel. Binnen een microseconde. Dat komt door fouten die optreden in de berekeningen. Hierdoor kun je alleen korte programma’s draaien met slechts een paar instructies,” zegt Beenakker.
Google’s doorbraak met de Willow-chip zit hem in het verbeteren van foutenherstel. “Ze hebben laten zien dat fouten hersteld kunnen worden voordat er nieuwe fouten ontstaan. Dat is een cruciale stap richting betrouwbaardere quantumcomputers. Het idee dat je fouten niet kunt voorkomen, maar wel kunt corrigeren, is niet nieuw. Denk bijvoorbeeld aan een cd: zelfs met een kras speelt hij gewoon door omdat fouten worden hersteld.”
Qubits
Een quantumchip werkt dus met qubits. De qubits zijn eigenlijk de nullen en enen tegelijk. Dit zorgt er voor dat het meerdere mogelijkheden tegelijk kan berekenen. Zijn we je al kwijt? Oké, let op. Je kan het zien als een doolhof. Een traditionele chip legt één route per keer af, terwijl de quantumchip al deze routes tegelijk kan afleggen. In de quantumfysica superpostie dus.
De toekomst
“Het doel is een quantumcomputer te bouwen waarmee bedrijven tijd kunnen kopen om complexe berekeningen sneller uit te voeren dan op een gewone computer. Daar zijn we nu nog niet”. Nu investeren bedrijven vooral omdat ze op de hoogte willen blijven van de nieuwste technologie legt Beenakker uit, “de echte doorbraak komt pas als een bedrijf zegt: Ik kan deze berekening alleen uitvoeren op een quantumcomputer”.
Daarnaast voegt Beenakker toe: “Quantumcomputers hebben de potentie om de wereld te veranderen, maar het is ook mogelijk dat ze een interessant experiment blijven. Zoals we vroeger dachten dat we allemaal in vliegende auto’s zouden rijden, maar dat nooit gebeurde. Dat maakt het spannend: de toekomst van quantumcomputers is nog onvoorspelbaar.”
Wat daar voor nodig is? “Quantumcomputers kunnen alleen werkelijkheid worden als wetenschappers, ingenieurs, bedrijven en overheden samenwerken. Om ze echt praktisch en nuttig te maken, zijn enorme investeringen en samenwerking nodig”, concludeert Beenakker.
