Quantumcomputers zijn misschien wel de meest bijzondere machines die mensen ooit hebben gebouwd. Ze werken niet zoals de laptop op je bureau of de telefoon in je zak. Ze gebruiken de wetten van de natuur op een manier die voor de meeste mensen onbegrijpelijk klinkt, maar toch heel echt is. En ze kunnen problemen oplossen die gewone computers nooit zouden aankunnen, zelfs niet als die jaren de tijd zouden krijgen.
Wat een gewone computer anders maakt dan een kwantummachine
Een gewone computer werkt met bits. Een bit is altijd een 0 of een 1. Alles wat een computer doet, van een filmpje afspelen tot een som maken, bestaat uit heel lange rijen van die nullen en enen. Een kwantumcomputer werkt met zogenaamde qubits. Een qubit kan 0 zijn, 1 zijn, maar ook allebei tegelijk. Dat klinkt raar, maar het is een eigenschap van de kwantummechanica die superpositie heet. Hierdoor kan een kwantummachine veel meer mogelijkheden tegelijk verkennen. Stel je voor dat je een harten aas zoekt in een stapel van 128 kaarten. Een gewone computer checkt de kaarten één voor één. Een kwantummachine heeft aan slechts zeven vergelijkingen genoeg om de kaart te vinden. Dat verschil in snelheid wordt groter naarmate de problemen ingewikkelder worden.
De techniek achter qubits en verstrengeling
Qubits zijn ongelooflijk gevoelig. Ze worden gemaakt van elektronen, lichtdeeltjes of kleine stukjes supergeleider die gekoeld worden tot bijna het absolute nulpunt, koud dan de ruimte tussen de sterren. Die extreme kou is nodig omdat zelfs de kleinste trilling of warmte de qubit kan verstoren. Naast superositie is er nog een andere eigenschap die de kwantummachine zo bijzonder maakt: verstrengeling. Twee verstrengelde qubits zijn met elkaar verbonden, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn. Verander je iets aan de ene qubit, dan verandert de andere meteen ook. Dit maakt het mogelijk om berekeningen te doen die met gewone bits simpelweg niet uitvoerbaar zijn. Instituten zoals QuTech in Delft werken al jaren aan het stabiel houden van qubits en het bouwen van betrouwbare kwantumprocessors.
Waarvoor kunnen kwantumcomputers worden gebruikt
De toepassingen zijn breed en divers. In de gezondheidszorg kunnen kwantummachines helpen bij het ontdekken van nieuwe medicijnen, omdat ze moleculen en hun gedrag extreem nauwkeurig kunnen simuleren. Voor de financiële wereld kunnen ze complexe risicoberekeningen doen die nu te veel tijd kosten. Ook op het gebied van beveiliging spelen ze een grote rol. De meeste digitale beveiliging die we nu gebruiken, steunt op wiskundige problemen die voor gewone computers heel moeilijk op te lossen zijn. Een volwassen kwantummachine zou die beveiliging kunnen kraken. Daarom werken wetenschappers nu al aan nieuwe versleutelingsmethoden die ook tegen kwantumcomputers bestand zijn. Dat vakgebied heet postkwantumcryptografie. Klimaatonderzoek en logistiek zijn andere terreinen waar deze technologie grote voordelen kan bieden, omdat ze met enorme hoeveelheden variabelen tegelijk kunnen rekenen.
Hoe ver zijn we nu met de ontwikkeling
Grote techbedrijven als IBM, Google en Microsoft investeren flink in de ontwikkeling van kwantumsystemen. Google maakte in 2019 bekend dat hun kwantumprocessor in 200 seconden een berekening had gedaan waarvoor een gewone supercomputer 10.000 jaar nodig zou hebben. Sindsdien zijn de machines verder verbeterd. In 2024 presenteerde Google een nieuwe chip genaamd Willow, die de grens van wat eerder mogelijk leek opnieuw verlegde. Toch zijn kwantumcomputers nog lang niet klaar voor breed gebruik. Het aantal qubits groeit, maar de foutgevoeligheid blijft een groot probleem. Een qubit raakt snel verstoord en dan kloppen de berekeningen niet meer. Onderzoekers werken aan foutcorrectie, maar dat vraagt om nog meer qubits om fouten op te sporen en te herstellen. De verwachting is dat het nog tien tot twintig jaar duurt voordat kwantummachines op grote schaal inzetbaar zijn voor praktische taken.
Veelgestelde vragen over quantumcomputers
Kan een quantumcomputer gewone taken overnemen, zoals internetten of tekstverwerking?
Een kwantummachine is niet gemaakt voor alledaagse taken zoals internetten, e mailen of tekstverwerken. Voor die taken zijn gewone computers sneller en praktischer. Kwantummachines zijn juist sterk in heel specifieke, complexe berekeningen die voor gewone computers te zwaar zijn.
Waarom werken kwantumcomputers bij zulke lage temperaturen?
Kwantumcomputers moeten worden gekoeld tot bijna min 273 graden Celsius. Dat is nodig omdat qubits extreem gevoelig zijn voor warmte en trillingen. Zelfs een kleine verstoring kan een qubit zijn kwantumeigenschap laten verliezen, waardoor de berekening mislukt.
Is onze huidige digitale beveiliging in gevaar door kwantumcomputers?
Onze huidige digitale beveiliging steunt op wiskundige problemen die voor gewone computers moeilijk te kraken zijn. Een geavanceerde kwantummachine zou die beveiliging in de toekomst kunnen omzeilen. Daarom werken wetenschappers nu al aan nieuwe beveiligingsmethoden die ook bestand zijn tegen kwantumtechnologie.
Wanneer kunnen gewone mensen iets merken van kwantumcomputers?
De meeste mensen zullen kwantumcomputers niet zelf gebruiken. De effecten zijn eerder indirect, zoals snellere medicijnontwikkeling, betere weersvoorspellingen of veiligere digitale communicatie. Experts verwachten dat dit soort toepassingen pas over tien tot twintig jaar breed beschikbaar komt.
