Wat is een kwantumcomputer?

Quantum computing is een tak van de informatica gericht op de ontwikkeling van computertechnologie op basis van de beginselen van de kwantumtheorie. Kwantummechanica evalueert niet alleen de verschijnselen die door vaste waarden worden weergegeven, maar ook alles wat daartussen ligt en de onzekerheden die daaruit voortvloeien.

De werking van ons universum is niet rechtlijnig en normale computers hebben vaak moeite met het uitvoeren van berekeningen en het doen van voorspellingen. Een kwantumcomputer maakt gebruik van kwantumtechnologie om meer precieze berekeningen met grotere hoeveelheden data uit te voeren. Zo maakt ze een veel nauwkeurigere simulatie mogelijk van diverse complexe wetenschappelijke processen, zoals bijvoorbeeld de beweging van deeltjes.

Gewone computers gebruikt ‘bits’ in de vorm van enen en nullen om berekeningen uit te voeren. Elke app of elk stukje software dat je gebruikt, is een combinatie van deze enen en nullen. Hoewel dit systeem in de meeste situaties prima werkt, houdt het geen rekening met de onzekere aspecten van onze wereld. Alles is simpelweg of een één of een nul.

Een kwantumcomputer maakt gebruik van ‘kwantumbits’ (of qubits) die geen vaste 1- of 0-waarden hebben. Hoe meer kwantumbits, hoe meer rekenkracht de computer heeft. Een kwantumbit is tegelijkertijd een 1 en een 0 totdat deze wordt gemeten. Dit fenomeen staat bekend als ‘superpositie’ en is het vermogen van een kwantumsysteem om zich in meerdere toestanden tegelijk te bevinden. In de praktijk betekent het dat het mogelijkheden biedt voor veel preciezere voorspellingen en berekeningen.

Een metafoor die vaak voor de werking van een kwantumcomputer gebruikt wordt is het ronddraaien van een muntje op tafel. Als het muntje stopt met draaien en omvalt, weten je of het kop of munt is. Maar wat als het muntje niet stopt met draaien? Is het kop of munt, of allebei? Onze wereld bestaat uit veel van dit soort ondubbelzinnigheden en kwantumcomputers helpen ons om precieze berekeningen en voorspellingen uit te voeren.

Quantum computing vergroot dus de mogelijkheden van het bekende één-nul-systeem. Daarnaast kunnen kwantumbits elkaar beïnvloeden zonder in direct contact met elkaar te staan, wat ‘kwantumverstrengeling’ wordt genoemd. Hierdoor kunnen ze een groot aantal berekeningen tegelijk uitvoeren. Kortom, kwantumcomputers kunnen taken aan die gewone computers in nog geen duizend jaar op zouden kunnen lossen.

Kwantumcomputers zijn groot en prijzig. Momenteel zijn het grote bedrijven, zoals Google en IBM, die in quantum computing investeren. Hoe groot een kwantumcomputer precies is hangt voornamelijk af van de hoeveelheid kwantumbits waaruit de processor bestaat. Hoe meer kwantumbits, hoe meer rekenkracht en hoe meer ruimte de computer nodig heeft. De kwantumbits zijn zelf niet zo groot, maar om dit krachtige systeem goed werkende te houden, is er veel ondersteunende elektronica nodig die veel ruimte inneemt, zoals koelsystemen. Een kwantumcomputer kan al gauw 30 tot 50 vierkante meter in beslag nemen en miljarden euro’s kosten.

Kwantumcomputers zijn niet verborgen in geheime laboratoria – ze zijn veel toegankelijker dan je denkt. Je kunt de 20 kwantumcomputers van IBM (één van de grootste IT-bedrijven ter wereld) bijvoorbeeld gebruiken via de IBM Cloud-dienst. Ook Google investeert in quantum computing en verwelkomt bijdragen van de gemeenschap.

Dit zijn een paar toepassingen van kwantumcomputers:

• Farmaceutische experimenten. Quantum computing helpt medische onderzoekers de beste combinaties van moleculen en deeltjes te berekenen en zo de doeltreffendheid van geneesmiddelen te vergroten.
• Beter begrijpen van talen. Computers kunnen momenteel alleen taal verwerken op basis van de structuur, maar een kwantumcomputer zou rekening kunnen houden met connotaties, humor, emotionele lagen en impliciete betekenis. Met andere woorden: een kwantumcomputer zou een taal op cultureel niveau kunnen begrijpen.
• Milieuvraagstukken. Een kwantumcomputer kan helpen fileproblemen op te lossen door kwantumalgoritmen te gebruiken om de verkeerssignalen in steden te optimaliseren.
• Machinaal leren. Quantum computing kan ook de mogelijkheden van kunstmatige intelligentie en machinaal leren vergroten.

Kwantumtechnologie heeft zonder twijfel een impact op cybersecurity, maar is deze impact goed of slecht?

Quantum computing stelt cybersecurity uiteraard voor nieuwe uitdagingen. De krachtige berekeningen van een kwantumcomputer kunnen encryptie-algoritmen mogelijk ontcijferen, waardoor bepaalde informatie niet meer veilig is.

De meeste gerenommeerde algoritmen zijn echter veilig voor kwantumtechnologie. Kwantumcomputers vinden het namelijk nog steeds moeilijk om 256-bits encryptie-algoritmen te kraken.

NordVPN gebruikt een premium 256-bits encryptie-algoritme, om onze klanten de veiligste vorm van versleuteling te bieden.

Aan de andere kant kunnen kwantumcomputers ook sterkere beschermingslagen voor je gegevens bieden. Kwantumalgoritmen kunnen sleutels genereren die volstrekt willekeurig en zijn en waar je geen standaard wiskundige berekeningen op kunt loslaten. Deze sleutels zijn praktisch onmogelijk om te ontcijferen.

• Ook hackers kunnen gebruik maken van kwantumcomputers. Stel je voor dat zo’n krachtig instrument met geavanceerde rekenkracht in de verkeerde handen valt. Nu quantum computing steeds toegankelijker wordt, is deze mogelijkheid niet onrealistisch.
• Kwantumcomputers zijn zeer gevoelig voor diverse externe factoren zoals temperatuur of fysieke impact, waardoor ze makkelijk beschadigd kunnen raken. Vanwege deze gevoeligheid zijn is er veel ondersteunende technologie nodig om ze werkende te houden, waardoor ze veel ruimte in beslag nemen en moeilijk vervoerbaar zijn.

We hopen dat we je met dit artikel een beetje wegwijs hebben gemaakt in de wereld van quantum computing. Het is zeker een tak van de wetenschap om in de gaten te houden en waar we in de toekomst nog veel meer over zullen horen.