“Kwantumcomputers zullen samenwerken met klassieke computers”

Klassieke computers werken met bits die ofwel 0 of 1 zijn, kwantumcomputers werken met qubits die tegelijk 0 én 1 kunnen zijn. Of preciezer gesteld: in een superpositie van 0 en 1. Rare jongens, die qubits. Onze eerste vraag aan kwantumexpert Eric Michiels: wat hebben we daaraan?
Eric Michiels: “Een kwantumcomputer pakt ingewikkelde berekeningen op een compleet andere manier aan dan een klassieke computer. Daardoor zullen we complexe problemen sneller, accurater of voor het eerst kunnen oplossen.”

Gaan de kwantumcomputers de klassieke computers dan vervangen?
“Dat niet. We gaan naar een hybride model, waarbij een klassieke computer samenwerkt met een kwantumcomputer. De twee gaan elkaar aanvullen.”

Kwantumcomputers worden geen PC’s?
“Nee, ze dienen niet voor alledaagse thuis- of kantoortoepassingen, zoals tekstverwerking of gaming. Kwantumcomputers zijn bedoeld als back-end systemen, achter de schermen zeg maar. Sommige toestellen vereisen trouwens een koeling tot extreem lage temperaturen. Kwantumcomputing komt vooral van pas in onderzoek en bij grote, ingewikkelde vraagstukken.” 

“Kwantumalgoritmes voorspellen of bepaalde moleculen kunnen leiden tot baanbrekende geneesmiddelen”

Waar zal kwantum het verschil maken?
“Om te beginnen in de kwantumchemie. Die bekijkt chemische reacties tot op het kleinste niveau van de materie: atomen, elektronen en andere subatomaire deeltjes… Dat moet onder andere leiden tot betere batterijen, stoffen die CO2 capteren en materialen die sterker, lichter en corrosiebestendiger zijn. Ook nieuwe medicatie ontwikkelen zal sneller gaan.”

Hoe zou dat laatste kunnen werken?
“Sommige ziektes ontstaan omdat een eiwit in het lichaam zich verkeerd ontvouwt. Een klant van ons, Cleveland Clinic, wil geneeskrachtige moleculen ontwikkelen die ervoor zorgen dat die eiwitten zich wel juist ontvouwen. Om te voorspellen welke moleculen dat het beste gaan kunnen, gebruiken ze al een tijdje AI-technologie. Sinds kort doen ze hetzelfde met een kwantumalgoritme. Voor korte aminozuurketens, waaruit eiwitten zijn opgebouwd, blijken de voorspellingen van het kwantumsysteem nu al accurater. Dat zal in de toekomst normaal ook lukken voor langere aminozuurketens.”

In welke domeinen kan kwantumcomputing nog van pas komen?
“Bij logistieke optimalisatievraagstukken. Als er vandaag ergens een spoorloper opduikt, moet de spoorwegmaatschappij dat spoor meteen afsluiten en zijn hele spoornetwerk reorganiseren. Nu is dat nog mensenwerk, terwijl zo’n supercomplexe taak een kolfje naar de hand van kwantumcomputers kan worden. Hetzelfde geldt voor de ingewikkelde logistieke uitdagingen waar een supermarktketen mee te maken krijgt. Die moet snel en efficiënt vanuit tien depots honderd vrachtwagens naar duizend winkels sturen met honderdduizend producten, en daarbij inspelen op mogelijke pannes, files en andere onvoorziene omstandigheden.”

Kwantum zou ook aerodynamicaproblemen kunnen oplossen?
“Dat is een recent inzicht. Om voorwerpen zoals vliegtuigen of windturbines zo aerodynamisch mogelijk te maken, moet je ingewikkelde partiële differentiaalvergelijkingen oplossen. Ook daar is kwantum sterk in. Wetenschappers die in de toekomst de Einsteintelescoop zullen gebruiken, gaan blijkbaar ook dergelijke vergelijkingen moeten oplossen, om hun metingen te interpreteren.”

Ik hoor nog veel ‘zal’ en ‘zullen’. Wat staat er nog in de weg tussen droom en kwantumcomputing?
“Technische uitdagingen. De qubits die IBM produceert, zitten op een nieuwe soort van chips. die we QPU’s of Quantum Processing Units noemen. QPU’s worden geproduceerd op basis van aluminium en niobium en zijn daardoor supergeleidend. Ze werken op een zeer lage temperatuur, tot ongeveer 273°C onder nul. Dat is kouder dan de temperatuur buiten de aardse atmosfeer. Daarvoor is cryogene apparatuur nodig. Vergelijk het met een superkoude diepvries met binnenin, op de koudste plek, een kwantumchip. Deze QPU’s produceren en ze nadien stabiel doen werken, lukt nog niet perfect. Er zit nog ruis op, of ‘quantum noise’. Die moeten we reduceren.”

Wanneer komen die ruisloze qubits er?
“We verwachten tegen 2029 of 2030 een volledig fouttolerante kwantumcomputer operationeel te hebben. Dergelijke technologische doorbraken brengen altijd onzekerheden met zich mee, maar we zijn ervan overtuigd dat we op de juiste weg zitten. We beginnen met enkele honderden QPU’s. Dat kan daarna snel opgeschaald worden. Beleidsmakers geloven er ook in. De Amerikaanse overheid investeert 2 miljard dollar in kwantumtechnologie. Daarvan is 1 miljard dollar bestemd voor de onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten van Anderon, een nieuwe IBM-dochter die de industriële productie van QPU’s voor haar rekening zal nemen.” 

Kan die opschaling duurzaam gebeuren? 
“Een stuk duurzamer dan met AI. De energie die nodig is om de cryogene omgeving te creëren en te onderhouden, neemt niet proportioneel toe met het aantal qubits. Met andere woorden: qua stroomverbruik maakt het niet zoveel uit of je honderd of honderdduizend QPU’s moet koelen.”

Zijn er ook bedreigingen?
“Databeveiliging is een aandachtspunt. Een krachtige kwantumcomputer zou relatief eenvoudig de huidige versleutelingssystemen kunnen kraken en ontcijferen. Bedrijven en overheden bereiden zich daarop voor, door nu al te werken aan kwantumresistente cryptografie.”

“Je kunt perfect via het internet op een kwantumcomputer werken”

De VS en China investeren zwaar in kwantum. Hinkt Europa opnieuw achterop?
“De race gaat momenteel inderdaad tussen de VS en China, dat klopt. Hoewel er in Europa ook kwantumcomputers gebouwd worden. Nu, je hebt geen eigen kwantumcomputer nodig om onderzoek te doen en kwantumalgoritmes te ontwerpen. Je kunt perfect via het internet toegang krijgen tot kwantumcomputers, zoals je cloudservers gebruikt. Zowel IBM als andere bedrijven hebben daar verschillende betaalmodellen voor: van een aantal minuten gratis gebruik in je eentje tot en met een jaarabonnement met volledige ondersteuning.” 

Dat gebeurt vandaag al?
“Wereldwijd maken ongeveer driehonderd klanten al gebruik van dat systeem, waarvan een handvol in België en Luxemburg. Voor startups is dit een mooie manier om met kwantumcomputing te werken – zij krijgen trouwens gunstige voorwaarden. Daar liggen, maar dat is mijn persoonlijke mening, misschien de beste kansen voor Europa en Vlaanderen. Ik zou inzetten op het ontwerpen van algoritmen in domeinen waar we hier sterk in staan, zoals logistiek, bankieren, chemie of gezondheidswetenschap. Het zijn immers de toepassingen die het verschil gaan maken. Die kan een startup ontwikkelen en dan verkopen of verhuren aan grote organisaties.” 

Over een jaar of vier weten we of de voorspellingen kloppen! Hoe bereiden jongeren zich eigenlijk best voor op een wereld met kwantumcomputers?
“Studeer wiskunde. Of volg een traject met voldoende wiskundige opleidingsonderdelen. Wie van wiskunde houdt, is snel weg met kwantumcomputing. Blijf ook na je studies leergierig. En vergeet je soft skills niet. Leer luisteren, zodat je goed snapt wat je klant vraagt. Sta open voor verschillende culturen. Leer samenwerken. Onderhoud ook je talenkennis. AI genereert tekst, maar men voelt al snel dat het niet ‘echt’ of authentiek is. Trouwens: al de wetenschappelijke top-papers in de kwantumwereld die ik lees zijn nog steeds mensenwerk. Echte baanbrekende, grensverleggende innovatie komt vandaag nog altijd van mensen.”

Kunt u als fellow VUB-studenten op het juiste kwantumpad zetten?
“Veel bedrijven hebben nog koudwatervrees voor kwantum, of geen tijd. Misschien kunnen studenten daar een enorme toegevoegde waarde bieden. In het kader van hun masterproef of doctoraat zouden ze bij een bedrijf kwantumcomputing kunnen introduceren om te tonen hoe je er concrete problemen mee kan aanpakken. Dat lijkt me een win-win-situatie.”