Quantumcomputing gebruikt kwantummechanica om enorme hoeveelheden informatie met een ongelooflijk hoge snelheid te verwerken. Het duurt een paar minuten tot enkele uren voordat een kwantumcomputer een probleem oplost waar een desktopcomputer jaren of decennia over zou doen. Quantumcomputing vormt de basis voor een nieuwe generatie supercomputers. Deze kwantumcomputers zullen naar verwachting beter presteren dan bestaande technologie op gebieden als modellering, logistiek, trendanalyse, cryptografie en kunstmatige intelligentie.
Quantumcomputing uitgelegd
Het idee van quantum computing werd voor het eerst bedacht in de vroege jaren tachtig door Richard Feynman en Yuri Manin. Feynman en Manin geloofden dat een kwantumcomputer gegevens kon simuleren op manieren die een desktopcomputer niet kon. Pas eind jaren negentig bouwden onderzoekers de eerste kwantumcomputers. Quantum computing maakt gebruik van kwantummechanica, zoals superpositie en verstrengeling, om berekeningen uit te voeren. Kwantummechanica is een tak van de natuurkunde die dingen bestudeert die extreem klein, geïsoleerd of koud zijn. De primaire verwerkingseenheid van quantumcomputing zijn quantumbits of qubits. Qubits worden gemaakt in de kwantumcomputer met behulp van de kwantummechanische eigenschappen van afzonderlijke atomen, subatomaire deeltjes of supergeleidende elektrische circuits. Qubits zijn vergelijkbaar met de bits die door desktopcomputers worden gebruikt, in die zin dat qubits zich in een kwantumtoestand van 1 of 0 kunnen bevinden. Qubits verschillen doordat ze zich ook in een superpositie van de 1- en 0-status kunnen bevinden, wat betekent dat qubits tegelijkertijd zowel 1 als 0 kunnen vertegenwoordigen. Wanneer qubits in superpositie zijn, worden twee kwantumtoestanden bij elkaar opgeteld en resulteren in een andere kwantumtoestand. Superpositie betekent dat meerdere berekeningen tegelijkertijd worden verwerkt. Twee qubits kunnen dus tegelijkertijd vier getallen vertegenwoordigen. Gewone computers verwerken bits in slechts één van de twee mogelijke toestanden, 1 of 0, en berekeningen worden één voor één verwerkt.
Kwantumcomputers gebruiken verstrengeling ook om qubits te verwerken. Wanneer een qubit verstrengeld is, hangt de toestand van die qubit af van de toestand van een andere qubit, zodat één qubit de toestand van zijn niet-waargenomen paar onthult.
De kwantumprocessor is de kern van de computer
Het maken van qubits is een moeilijke taak. Er is een bevroren omgeving nodig om een qubit gedurende een bepaalde tijd in stand te houden. De supergeleidende materialen die nodig zijn om een qubit te maken, moeten worden afgekoeld tot het absolute nulpunt (ongeveer minus 272 graden Celsius). De qubits moeten ook worden afgeschermd van achtergrondgeluid om fouten in de berekening te verminderen. De binnenkant van een kwantumcomputer ziet eruit als een chique gouden kroonluchter. En ja, het is gemaakt met echt goud. Het is een verdunningskoelkast die de kwantumchips afkoelt, zodat de computer superposities kan creëren en qubits kan verstrengelen zonder enige informatie te verliezen.
De kwantumcomputer maakt deze qubits van elk materiaal dat kwantummechanische eigenschappen vertoont die kunnen worden gecontroleerd. Kwantumcomputerprojecten creëren qubits op verschillende manieren, zoals supergeleidende draad in een lus, draaiende elektronen en het vangen van ionen of pulsen van fotonen. Deze qubits bestaan alleen bij temperaturen onder het vriespunt die in de verdunningskoelkast worden gecreëerd.
De programmeertaal Quantum Computing
Quantumalgoritmen analyseren de data en bieden simulaties op basis van de data. Deze algoritmen zijn geschreven in een kwantumgerichte programmeertaal. Verschillende kwantumtalen zijn ontwikkeld door onderzoekers en technologiebedrijven. Dit zijn enkele van de programmeertalen voor kwantumcomputing:
- QISKit: De Quantum Information Software Kit van IBM is een full-stack bibliotheek voor het schrijven, simuleren en uitvoeren van kwantumprogramma’s.
- Q#: De programmeertaal die is opgenomen in de Microsoft Quantum Development Kit. De ontwikkelkit bevat een kwantumsimulator en algoritmebibliotheken.
- Cirq: Een door Google ontwikkelde kwantumtaal die een python-bibliotheek gebruikt om circuits te schrijven en deze circuits in kwantumcomputers en simulators uit te voeren.
- Woud: Een ontwikkelomgeving gemaakt door Rigetti Computing die kwantumprogramma’s schrijft en uitvoert.
Gebruik voor Quantum Computing
De laatste jaren zijn er echte kwantumcomputers beschikbaar gekomen en nog maar een paar grote technologiebedrijven hebben een kwantumcomputer. Enkele van deze technologiebedrijven zijn Google, IBM, Intel en Microsoft. Deze technologieleiders werken samen met fabrikanten, financiële dienstverleners en biotechbedrijven om uiteenlopende problemen op te lossen.
De beschikbaarheid van kwantumcomputerdiensten en de vooruitgang in rekenkracht geeft onderzoekers en wetenschappers nieuwe hulpmiddelen om oplossingen te vinden voor problemen die voorheen onmogelijk waren om op te lossen. Quantumcomputing heeft de hoeveelheid tijd en middelen verminderd die nodig zijn om ongelooflijke hoeveelheden gegevens te analyseren, simulaties over die gegevens te maken, oplossingen te ontwikkelen en nieuwe technologieën te creëren die problemen oplossen. Het bedrijfsleven en de industrie gebruiken kwantumcomputing om nieuwe manieren van zakendoen te verkennen. Hier zijn een paar van de quantum computing-projecten die het bedrijfsleven en de samenleving ten goede kunnen komen:
- De lucht- en ruimtevaartindustrie gebruikt kwantumcomputing om betere manieren te onderzoeken om het luchtverkeer te beheren.
- Financiële en beleggingsondernemingen hopen kwantumcomputing te gebruiken om het risico en rendement van financiële investeringen te analyseren, portefeuillestrategieën te optimaliseren en financiële transities te regelen.
- Fabrikanten passen kwantumcomputing toe om hun toeleveringsketens te verbeteren, efficiëntie in hun productieprocessen te creëren en nieuwe producten te ontwikkelen.
- Biotechbedrijven onderzoeken manieren om de ontdekking van nieuwe medicijnen te versnellen.
Zoek een kwantumcomputer en experimenteer met kwantumcomputing
Sommige computerwetenschappers ontwikkelen methoden om kwantumcomputing op een desktopcomputer te simuleren. Veel van ’s werelds grootste technologiebedrijven bieden kwantumdiensten aan. In combinatie met desktopcomputers en -systemen creëren deze kwantumservices een omgeving waarin kwantumverwerking – met desktopcomputers – complexe problemen oplost.
- IBM biedt de IBM Q-omgeving met toegang tot verschillende echte kwantumcomputers en simulaties die u via de cloud kunt gebruiken.
- Alibaba Cloud biedt een cloudplatform voor kwantumcomputing waar u op maat gemaakte kwantumcodes kunt uitvoeren en testen.
- Microsoft biedt een kwantumontwikkelingskit met de programmeertaal Q#, kwantumsimulatoren en ontwikkelbibliotheken met kant-en-klare code.
- Rigetti heeft een quantum-first cloudplatform dat momenteel in bèta is. Hun platform is vooraf geconfigureerd met hun Forest SDK.
Quantum Computing-nieuws in de toekomst
De droom is dat kwantumcomputers problemen zullen oplossen die momenteel te groot en te complex zijn om op te lossen met standaardhardware, met name voor milieumodellering en ziektebeheersing. Desktopcomputers hebben niet de ruimte om deze complexe berekeningen uit te voeren en deze ongelooflijke hoeveelheid gegevensanalyse uit te voeren. Quantumcomputing verzamelt de grootste big data-verzamelingen en verwerkt deze informatie in een fractie van de tijd die een desktopcomputer nodig zou hebben. Data waar een desktopcomputer jaren over zou doen om ze te verwerken en te analyseren, duurt voor een kwantumcomputer maar een paar dagen. Quantum computing staat nog in de kinderschoenen, maar heeft het potentieel om de meest complexe wereldproblemen met de snelheid van het licht op te lossen. Het is een raadsel hoe ver kwantumcomputing zal groeien en naar de beschikbaarheid van kwantumcomputers.
