Wat is kwantumcomputing?

Eenvoudig gezegd is kwantumcomputing het gebruik van kwantummechanica (ook bekend als kwantumfysica) - of de beschrijving van dingen op atomair en subatomair niveau - om de verwerkingskracht en -snelheid van computers drastisch op te voeren. 

Waarom is kwantumcomputing belangrijk?

Wat een gewone computer letterlijk miljoenen jaren kost, kost een kwantumcomputer slechts een paar seconden. Het belangrijkste voordeel van kwantumcomputing is dus de versnelling van rekenprocessen. Met andere woorden, het maakt normaal computergebruik veel krachtiger. De toepassingen van snellere computersystemen zijn talrijk en variëren van veel betere cyberbeveiliging tot aanzienlijk verbeterde klantbelevingen en al het andere waarvoor veel rekenkracht nodig is om snel een bepaald resultaat of antwoord te produceren.  

Kwantumcomputing is ook van ongelooflijk belang voor het potentieel van machine learning en artificiële intelligentie. Aangezien kwantumcomputers eindeloze scenario's kunnen doorlopen in een ongelooflijk snel tempo, hebben zij het potentieel om te leren hoe zij in wezen de best mogelijke versies van zichzelf kunnen worden voor welke centrale missie of taak zij ook toegewezen hebben gekregen. 

Hoe werken kwantumcomputers?

Waar klassieke computers gebruik maken van transistors, die ofwel 1 ofwel 0 zijn, om informatie te verwerken, maken kwantumcomputers gebruik van qubits, die tegelijkertijd 1 of 0 kunnen zijn. Door meer transistors aan elkaar te koppelen neemt het vermogen slechts lineair toe, maar door qubits aan elkaar te koppelen neemt het kwantumcomputingvermogen exponentieel toe. Dat is de kracht van een qubit, de basiseenheid van kwantuminformatie en essentieel voor de werking van kwantumcomputers. 

De beste manier om de waarde van kwantumcomputing en de werking ervan in gewone taal te vatten, is te denken aan een muntstuk. Elke munt heeft twee kanten, of waarden: kop of munt. Wanneer een munt echter wordt opgegooid, blijft hij enige tijd in de lucht ronddraaien tussen beide waarden (kop en munt). Een gewone computer kan alleen kop of munt lezen en kan dus niets doen met de informatie die de munt geeft als hij in de lucht ronddraait. Een kwantumcomputer kan deze draaiende toestand echter lezen als een waarde op zich, waarbij de munt tegelijkertijd kop en munt is. 

Dit heeft krachtige implicaties. Denk bijvoorbeeld aan een viercijferige PIN die alleen enen en nullen gebruikt. Om deze PIN te bepalen moet een gewone computer, aangezien hij alleen enen en nullen kan lezen, alle mogelijkheden van elk van de vier cijferslots (d.w.z. 1 of 0) doorlopen om mogelijkheden te beginnen elimineren en uiteindelijk bij de juiste uit te komen. Maar een kwantumcomputer, die enen en nullen in dezelfde ruimte kan laten overlappen, kan in feite alle mogelijkheden in één keer doorlopen. 

Beperkingen en uitdagingen van kwantumcomputing

In de bijna 40 jaar die zijn verlopen sinds de natuurkundige Richard Feynman voor het eerst het idee van kwantumcomputing opperde, hebben computerwetenschappers enorme vooruitgang geboekt bij het uitzoeken voor welke problemen kwantumcomputing goed zou zijn. Er is echter nog een lange weg te gaan voordat kwantumcomputing voldoende wordt begrepen en ontwikkeld om daadwerkelijk te worden toegepast in de hierboven genoemde gebruikssituaties van cyberbeveiliging en machine learning.  

Zelfs voor eenvoudigere zaken als schaken, het plannen van vluchten en het bewijzen van stellingen zouden kwantumcomputers - althans in hun huidige staat - aan veel van dezelfde algoritmische beperkingen onderhevig zijn als klassieke computers. 

Deze beperkingen komen nog bovenop de praktische moeilijkheden die zich voordoen bij de bouw van kwantumcomputers, zoals decoherentie (ongewenste interactie tussen een kwantumcomputer en zijn omgeving, waardoor fouten worden geïntroduceerd). 

Dit gezegd zijnde, is kwantumcomputing ongetwijfeld een gebied van de toekomst binnen de computerwetenschap - een vermogen dat veel van 's werelds beste computerwetenschappers ijverig aan het ontwikkelen zijn, zodat onze wereld kan profiteren van een enorme sprong in computerverwerkingsvermogen. Het is niet langer een kwestie van "waarom" of "wat," maar "wanneer."