Zo werkt een kwantumcomputer

Microsoft heeft een beknopte handleiding klaargestoomd die het bijna begrijpelijk maakt hoe kwantumcomputers werken.

Van dit soort computers wordt beweerd dat ze problemen kunnen oplossen die veel te complex en moeilijk zijn voor de huidige machines. Het komt er alleen maar op aan om ze ook gebouwd te krijgen. En tot nu toe is dat nog niet bepaald gemakkelijk gebleken.

[related_article id=”161452″]

Uitloper van de Turing-machine
De klassieke computers van vandaag (gaande van de laptops en smartphones over pc’s tot supercomputers) zijn eigenlijk niet veel meer dan uitlopers van de originele Turing-machine, zo zegt Michael Freedman van Station Q, waar Microsoft onderzoek doet naar kwantumcomputers.

In de huidige machines worden gegevens voorgesteld door nullen en enen, bits die ofwel aan of uit staan. Zet er zo genoeg in een bepaalde combinatie en je hebt een Excel-sheet, een weersvoorspellingssysteem of een spelletje als Candy Crush.

Tegelijkertijd 0 en 1
Bij kwantumcomputers worden de data voorgesteld door qubits, die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen zijn. En dat opent de poort naar onvermoede nieuwe mogelijkheden. Geen wonder dus dat ook andere technologische giganten als Google bijzonder in kwantumcomputers geïnteresseerd zijn.

Er bestaan immers problemen waar zelfs alle computers ter wereld, als ze in tandem zouden werken, miljarden jaren voor nodig zouden hebben om ze op te lossen. Een kwantumcomputer zou zo’n klus in een paar dagen, misschien zelfs een paar uur kunnen klaren.

Zelfs voor veel computerwetenschappers blijft kwantumcomputing zowel uitdagend als onvoorstelbaar. De sprong maken van de klassieke computer naar een kwantumcomputer wordt door Freedman vergeleken met “een blik krijgen op de werking van het universum”.

Zoals de naam al laat vermoeden zijn er overlappingen tussen kwantumcomputers en kwantumfysica en die relatie probeert Microsoft in een videofilmpje uit te leggen. “Als je niet gechoqueerd bent door kwantumfysica, heb je er eigenlijk niks van begrepen”, zo zei de grote Niels Bohr ooit, de man die in 1922 de Nobelprijs voor natuurkunde won voor zijn onderzoek naar de kwantumtheorie. In het filmpje wordt verteld over partikels in een kwantumstaat die kunnen teleporteren, die “verwikkeld” zijn met elkaar en die zelfs in “superpositie”, verschillende toestanden tegelijkertijd, kunnen bestaan.

Exponentieel grotere rekenkracht
Door de bizarre eigenschappen van qubits, zoals superpositie, kan een qubit tegelijk als 0 en 1 bestaan. En kan één qubit ook twee berekeningen tegelijk doen. Twee qubits doen er dan vier en vanaf dan wordt de rekenkracht exponentieel groter.