De quantummechanica opent de deuren naar ultrasnelle quantumcomputers. Wat kunnen we hier in de toekomst van verwachten? Barbara Terhal, hoogleraar theoretische quantumnatuurkunde aan de TU Delft, was de eerste in Nederland die promoveerde op quantum computing. Haar huidige onderzoek is gericht op het verbeteren van qubits – bits met quantumeigenschappen. Op 2 mei spreekt zij samen met collega Harry Buhrman over de kracht van quantum bij New Scientist Live – Expeditie NEXT.
Wat heeft u doen besluiten om juist in dit gebied onderzoek te gaan doen?
‘Aan het eind van mijn studie theoretische natuurkunde moest ik bedenken wat ik als promovendus wilde gaan doen. Ik heb allerlei onderwerpen overwogen, zoals neurale netwerken of biofysica. Eigenlijk had ik gekozen voor neurale netwerken, maar toen kwam ik toevallig een hoogleraar informatica tegen die nog een natuurkundige zocht voor een heel nieuw onderwerp. Dat nieuwe trok me wel aan. Zo werd ik in 1999 de eerste in Nederland die promoveerde op quantum computing.’
En waar hebt u zich sindsdien mee bezig gehouden?
‘Ik heb veel aan quantumalgoritmen en quantumverstrengeling gewerkt, maar de laatste vijf jaar werk ik aan quantumfoutcorrectie. Dat betekent dat ik de houdbaarheid van qubits probeer te verbeteren. De qubits die we nu hebben, werken eigenlijk nog niet zo goed. Ze verliezen hun toestand. En als je iets opslaat op een computer, dan wil je dat het blijft staan. De huidige qubits zijn te fragiel. Sommige zijn na tien tot vijftig microseconden weg. Die correctie doen we door er een heleboel van te gebruiken, die met elkaar een stabielere qubit voorstellen.’
Wat voor rol speelt uw onderzoek in het bouwen van een quantumcomputer?
‘Het is cruciaal. Zonder foutcorrectie kun je geen betrouwbare computer bouwen. Het is wel zo dat niet iedereen in het vakgebied dezelfde doelen heeft, het is in dat opzicht vrij divers. Het is mijn doel om middels foutcorrectie een betrouwbare computer te kunnen bouwen, maar dat hoeft niet per se. Je kunt ook zeggen: “We gaan helemaal geen betrouwbare computer bouwen. We gaan een groot experiment doen en dat die qubits niet perfect zijn, dat accepteren we.” Want ook met instabiele qubits kun je interessante simulaties doen van natuurkundige systemen, die je zonder qubits niet kunt doen. Daar kunnen we ook veel van leren. Het bouwen van een betrouwbare quantumcomputer is niet het enige doel van het vakgebied.’
Maar áls de quantumcomputer wordt gebouwd, wat kan hij dan dat een klassieke computer niet kan?
‘Het factoriseren van een groot getal in priemgetallen. Het getal vijftien is het product van de priemgetallen vijf en drie. Daar heb je maar twee priemgetallen voor nodig. Bij heel grote getallen, bestaande uit heel grote priemfactoren, zijn die factoren moeilijk te vinden. Daar zijn geen goede klassieke algoritmen voor, die zijn niet zo efficiënt. De quantumcomputer kan dat heel goed. En het trucje dat die computer doet, is ook op veel andere dingen toepasbaar.’
Zoals?
‘Een quantumcomputer kan heel goed berekenen hoe een molecuul – of een ander quantumfysisch systeem – zich gedraagt. Dus de eerste toepassingen van quantumcomputers zijn vooral interessant voor fysici en chemici, omdat zij daarmee quantumsystemen kunnen simuleren en beter leren begrijpen. Een quantumcomputer kan dat veel preciezer dan een klassieke computer.’
Dus de quantumcomputer haalt de klassieke computer in?
‘Nou, dat niet per se. Er is een competitie gaande tussen wat we met bestaande, klassieke algoritmen kunnen doen en wat met quantumtechnieken. Je kunt verschillende technieken gebruiken voor het beantwoorden van dezelfde vragen. Supercomputers gaan de competitie aan met de quantumcomputer en dan kijken we welke het beter doet. De vraag “wat is de meerwaarde van de quantumcomputer?” is nog niet helemaal opgelost, het is een glijdende schaal. Er zullen problemen zijn waarbij de quantumtechnieken in het voordeel zijn. Maar er zullen ook vragen zijn waarbij het voordeel van quantum wegvalt. Of het voordeel valt weg omdat je qubits te fragiel zijn.’
En wat gaat Jan met de pet merken van de quantumcomputer?
‘Op de korte termijn niks. De quantumcomputer kan ontwikkeld worden als tool voor wetenschappers, en onderweg zullen daar dingen uitkomen. Maar het valt niet te voorspellen welke dingen dat zullen zijn. Het wereldwijde web is een bijproduct dat ontwikkeld is ter ondersteuning van onderzoek met deeltjesversnellers bij CERN, wat vervolgens een bredere toepassing kreeg. Dat viel ook niet te voorspellen.’
Dit bericht is onderdeel van een samenwerking met:
