Kwantumcomputers 101

Afgelopen herfst kondigde Google aan dat ze kwantum-suprematie hadden bereikt. Als dat enigszins abstract klinkt en niet bepaald relevant lijkt voor de gemiddelde gebruiker, dan heeft u het mis. Wat het Google-team eigenlijk deed, was een kwantumcomputer gebruiken om een probleem op te lossen dat zelfs de meest fantastische supercomputer in verlegenheid zou brengen. Indrukwekkend, nietwaar?

Bovendien is de situatie wat betreft kwantumcomputers direct van invloed op de veiligheid van uw gegevens. Veel beschermingsmethodes in de digitale wereld zijn namelijk niet gebaseerd op het onkraakbaar zijn, maar op het onkraakbaar zijn binnen een redelijk tijdsbestek. Hier kijken we naar het nieuwe speeltje van Google en bespreken we of we ons zorgen moeten maken over cybercriminelen die dit op een dag kunnen gebruiken om in onze levens te hacken.

Wat is een kwantumcomputer?

Het grootste verschil tussen kwantumcomputers en de traditionele transistor die we vandaag de dag allemaal gebruiken is de manier waarop ze gegevens verwerken. De apparaten die we allemaal kennen, van smartphones en laptops tot Deep Blue-schaakcomputers, slaan alles in bits op, zoals de kleinste eenheid aan informatie wordt genoemd. Een bit kan één of twee waarden hebben: 0 of 1.

Denk hierbij aan een gloeilamp: die staat of aan (1) of uit (0). Een bestand op een computerschijf ziet er eigenlijk uit als een reeks gloeilampen, sommige staan aan, en andere uit. Gewapend met veel van zulke gloeilampen kunt u informatie coderen, zoals de zin “Albert was hier” of een afbeelding van de Mona Lisa maken.

Als zo’n apparaat met twee toestanden een probleem oplost, moet het de gloeilampen continue aan en uit doen om zo de resultaten van tussenberekeningen te schrijven en weer te wissen om verstoppingen in het geheugen te voorkomen. Dat duurt even, dus als de taak erg complex is, moet de computer hier erg lang over nadenken.

Maar kwantumcomputers slaan in tegenstelling tot hun oudere neven gegevens op en verwerken deze met gebruik van kwantumbits, oftewel qubits in het kort. En die kunnen niet alleen op “aan” en “uit” staan, maar ook op een overgangstoestand of zelfs op aan en uit op hetzelfde moment. Als we voortborduren op de analogie met de gloeilampen, is een qubit als een lamp die je uit hebt gezet maar die toch blijft knipperen. Of zoals Schrödingers kat, waarvan wordt gezegd dat die tegelijkertijd levend en dood is.

Het feit dat de gloeilampen in een kwantumcomputer zowel aan- als uitstaan bespaart enorm veel tijd. Hierdoor kan een kwantumcomputer veel sneller complexe problemen oplossen dan zelfs de krachtigste traditionele machines. Google claimt dat hun kwantummachine Sycamore berekeningen waar een normale supercomputer 10.000 jaar over zou doen in iets meer dan 3 minuten uitvoerde. En daarom hebben we het over die term “suprematie”.

Kwantumcomputers in het dagelijks leven

We hebben gezien dat kwantumcomputers aardig wat kunnen als het gaat om het oplossen van zeer complexe problemen. Dus waarom behoort het tijdperk van de transistor dan nog niet tot het verleden? Omdat kwantumtechnologie nog jong is, en de toestand van die “knipperende gloeilamp” nog erg instabiel is. Daar komt nog bij dat hoe meer qubits een systeem bevat, hoe moeilijker het is om die stabiliteit te bewaren. En de haalbaarheid van complexe berekeningen hangt onder meer af van het aantal qubits: met twee gloeilampen, ook al zijn ze van topkwaliteit, kun je geen Mona Lisa tekenen.

Er zijn nog andere redenen die ervoor zorgen dat kwantumcomputers hun voorgangers niet volledig vervangen. Houd er rekening mee dat ze informatie op een fundamenteel andere wijze verwerken. Dit betekent dat software voor dit soort machines helemaal vanaf nul moet worden ontwikkeld. U kunt niet zomaar Windows op een kwantumcomputer installeren; u heeft dan een volledig nieuw kwantumbesturingssysteem nodig met kwantumapplicaties.

Hoewel wetenschappers en IT-reuzen voorzichtig beginnen te pootjebaden in de kwantumwateren, werken kwantumcomputers voorlopig nog ongeveer zoals externe harde schrijven, verbonden met en bestuurd door normale computers. Ze worden gebruikt om een beperkt aantal problemen op te lossen, zoals het modelleren van een waterstofatoom of het doorzoeken van databases. Ondanks de rekenkracht van kwantumcomputers, kunt u ze nog niet gebruiken om online te gaan en een video van skateboardende katten te bekijken.

Toch geloven veel mensen dat kwantumcomputers de toekomst zijn. De eerste kwantumcomputers kwamen al in 1999 op de markt. Tegenwoordig investeren grote organisaties zoals Google, Honeywell, IBM (de laatste biedt zijn klanten al cloud -toegang tot zijn kwantumcomputer), Toshiba, Alibaba en Baidu al stevig op dit gebied.

Het is echter de moeite waard om op te merken dat de taak die Google heeft opgelost geen praktisch nut kent, behalve dan om de mogelijkheden van hun kwantumcomputer te demonstreren. We zullen niet te diep ingaan op de specifieke details, want die zijn zeer ingewikkeld en niet erg relevant voor de dagelijkse gebruiker. Maar als u toch dieper in de materie wilt duiken, neem dan een kijkje bij het rapport van Google.

Overigens is niet iedereen het eens met claim van 10.000 jaar van Google. IBM is er bijvoorbeeld zeker dan dat een supercomputer dezelfde taak kan oplossen. Niet in 3 minuten, maar veel langer dan 48 uur zou het volgens hen niet duren. Maar toch, zelfs als dit een preciezere schatting is, zullen zelfs niet-wiskundigen een aanzienlijk verschil in snelheid opmerken tussen kwantum- en traditionele computers.

Kwantumcomputers vormen (nog) geen dreiging

Zoals u al ziet zijn kwantumcomputers voorlopig eerder een speeltje voor wetenschappers dan apparaten voor consumenten of tools voor hackers. Maar dat betekent natuurlijk niet dat ze in de toekomst niet praktischer (en gevaarlijker) worden. Met dat in het achterhoofd zijn cybersecurity-experts al bezig met het ontwikkelen van actieplannen. Maar daar vertellen we u de volgende keer meer over.