Kwantumcomputing en AI: een revolutie voor het oplossen van problemen

Wat is dat, kwantumcomputing? Kwantumcomputers zijn ontworpen om kwantumsystemen te simuleren. Ze zijn gebaseerd op de kwantummechanica. Een term die allesbehalve nieuw is. Al in 1927 verzamelden topfysici – waaronder Albert Einstein, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Paul Dirac, Werner Heisenberg en Erwin Schrödinger – tijdens de Solvay Conferentie in Brussel om er de pas ontwikkelde kwantumtheorie te bespreken.

Kwantumcomputing maakt gebruik van deze theorie om efficiënt berekeningen uit te voeren die voor de klassieke computers te lang duren of te complex zijn. Concreet manipuleren de systemen fundamentele informatie-eenheden die we qubits noemen en verder gaan dan de traditionele binaire bit. Twee kwantumeigenschappen zijn hierbij belangrijk: superpositie en verstrengeling.

Bill Wisotsky, Lead Quantum Architect en onderzoeker kwantumcomputing bij SAS, legt uit wat dit betekent. “Laten we beginnen met een voorbeeld van superpositie, dat ik opzettelijk zal vereenvoudigen. In tegenstelling tot een klassieke computer, waarvan de bits 0 of 1 kunnen zijn, kan een qubit in superpositie bestaan uit 0, 1 of elke willekeurige combinatie van 0 en 1. Dus als we 10 bits hebben en we willen een berekening uitvoeren, dan moeten we de berekening 2.048 keer uitvoeren als we rekening willen houden met elke mogelijkheid. Met 10 qubits zou de berekening echter één keer over elke combinatie tegelijkertijd worden uitgevoerd, waardoor alle mogelijke oplossingen tegelijkertijd worden berekend.”

Vervolgens beschrijft het principe van verstrengeling de correlatie van qubits. “Als je de toestand van één qubit kent, ken je ook de toestand van de qubit waarmee deze verstrengeld is. Dit is een interessant fenomeen omdat deze verstrengeling onafhankelijk is van de afstand. Als je dus verstrengelde deeltjes hebt aan weerszijden van het stelsel, dan weet je door de toestand van de ene te kennen automatisch ook de toestand van de andere. Zoals je je kunt voorstellen zijn deze principes op zichzelf al superkrachtig, maar gecombineerd kun je je fantasie de vrije loop laten.

Brug naar de toekomst

Wanneer gaan we innovatie met kwantumcomputing kunnen realiseren? Momenteel bevinden we ons in een tussenperiode die we NISQ noemen – noisy intermediate-scale quantum. Het betekent dat de meeste kwantumcomputers vandaag alleen nog niet in staat zijn om te schalen en echte problemen op te lossen. “Omdat qubits extreem gevoelig zijn voor omgevingsruis moeten sommige qubit-modaliteiten worden opgeslagen in grote gekoelde isolatiekamers die kouder zijn dan de ruimte”, zegt Wisotsky.

“Kwantumtoestanden zijn ook erg onstabiel, ze duren in de orde van microseconden. Dit wordt decoherentie genoemd. Hoe langer het kwantumproces dus duurt, hoe groter de kans dat het wordt beïnvloed door ruis en hoe onstabieler de kwantumtoestand wordt.”

Wisotsky ziet veel potentieel in hybride methoden die processen opsplitsen. “De stukken waarin kwantum het best is, sturen we naar kwantum, terwijl de rest bij klassieke computing blijft. Dat minimaliseert het risico op ruis en decoherentie”, zegt hij.

Praktijktoepassingen met kwantum

Intussen stromen er miljoenen naar kwantumonderzoek. Terwijl technologiereuzen zoals Google, IBM en Microsoft hun computing-hardware verbeteren, gaan onderzoekers bij SAS op zoek naar de ideale architectuur en oplossingen om algoritmes te perfectioneren voor kwantum-AI.

De fusie tussen kwantumcomputing en AI opent de deuren naar een wereld waarin we problemen zullen oplossen zoals grootschalige ontzouting, schone energie en fraudepreventie. Intussen zien onderzoekers van SAS allerlei opportuniteiten voor kwantumcomputing. Zoals de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. Door het gedrag van moleculen heel nauwkeurig te simuleren, verminderen de tijd en kosten die nodig zijn om medicatie te ontwikkelen.

Een andere toepassing is de verbetering van financiële modellen. In een digitaal geconnecteerde wereld kunnen onze klassieke modellen niet langer gelijke tred houden met de risico’s. Dankzij kwantumcomputing gaan we risico’s beter kunnen beoordelen en portfolio’s optimaliseren. En in de chemische sector kunnen kwantumcomputers het gedrag van atomen en moleculen op kwantumniveau met meer nauwkeurigheid simuleren. Dit zal wellicht leiden tot de ontdekking van nieuwe materialen in het kader van duurzaamheid, onder meer voor batterijontwikkeling.

Revolutie voor AI

Als we beide architecturen op een creatieve manier kunnen combineren, zullen historische innovaties zich veel sneller ontwikkelen dan wanneer we moeten wachten op de perfectionering van kwantumtechnologie. Wetenschappers verwachten bijvoorbeeld dat we hiermee een einde kunnen maken aan de 50 jaar durende zoektocht naar een oplossing voor het eiwitvouwprobleem. Dat kan enorme implicaties hebben voor ziektes zoals kanker, Alzheimer en Parkinson.

“Kwantumcomputing kan je vandaag vergelijken met personal computing in de jaren zeventig. Niemand kon zich toen alle langetermijneffecten voorstellen”, zegt Wisotsky. “SAS is wereldleider op het gebied van analyse in al deze gebieden, dus wie kan deze technologie beter leiden en integreren? Stel je voor dat je de verwerking van een model of een deel ervan aan een kwantumcomputer kunt toevertrouwen om problemen sneller op te lossen, meer oplossingen te zien en uitdagingen aan te pakken van een omvang die vroeger niet realistisch was. Het zou een ware revolutie betekenen.”

Dit artikel is geschreven door een van onze partners. Onze redactie is niet verantwoordelijk voor de inhoud.