Wat is Quantum Computing?
Het programmeren van kwantumcomputers staat, net als de kwantumcomputer zelf, nog in de kinderschoenen. Onderzoekers die aan quantum computing werken, zijn vaak natuurkundige, wiskundige of computerwetenschappers met een zwak voor de wiskunde van de kwantummechanica.
De wiskunde achter de kwantummechanica is recht toe recht aan, het gaat om lineaire algebra. De software voor een kwantumcomputer moet rekening houden met het wiskundige model dat de kwantummechanica beschrijft. De natuur is echter niet altijd lineair van aard en toch willen wetenschappers dat een kwantumcomputer aan zulke niet lineaire problemen kan werken. Juist daarin schuilt één van de grootste uitdagingen voor onderzoekers van quantum computing: het schrijven van ‘lineaire software’, waarmee ze ook niet-lineaire problemen geschikt maken voor bewerking door een kwantumcomputer.
Meer mogelijkheden
In Maastricht werken onderzoekers van Gravitational Waves and Fundamental Physics (GWFP) en het Department of Advanced Computing Sciences (DACS) aan quantum computing. Jacco de Vries, natuurkundige bij GWFP, schrijft kwantumalgoritmes voor de analyse van botsende deeltjes in de deeltjesversneller van het Zwitserse CERN. “Elke botsing levert een driedimensionale wolk van meetpunten in de detector op. De plek van de botsing en elk meetpunt kun je via een lijn of curve met elkaar verbinden, het reconstrueren van deze verbindingen is een klus die een kwantumcomputer wellicht veel sneller kan uitvoeren dan een klassieke computer.”
Natuurkundige Menica Dibenedetto coördineert het Quantum Computing Research Team van DACS. Ze onderzoekt hoe kunstmatige intelligentie gebruik kan maken van een kwantumcomputer. Ze richt zich vooral op machine learning. De techniek zoekt met heel veel lineaire algebra naar patronen in data, ook al zijn die patronen niet per se lineair van aard. “We gebruiken superpositie en verstrengeling (zie vorige artikel: wat is kwantum?) voor het ontwerp van algoritmen die de data kunnen weergeven en complexe patronen in die data kunnen vinden”, zegt ze.
Kwantumcomputers zorgen voor de grootste technische revolutie van deze eeuw, althans dat is de belofte die je vaak over dit nieuwe soort computers hoort. Maar, wat is kwantum en wat zijn dan kwantumcomputers? Wat kun je er mee en wat vooral ook niet? En hoe programmeer je een kwantumcomputer? In een serie van vijf verhalen komen de antwoorden op deze vragen aan bod. De nadruk ligt vooral op de specialiteit van de Universiteit Maastricht: Quantum Computing, het programmeren van kwantumcomputers.
- Wat is Kwantum?
- Wat is Quantum Computing?
- Quantum Computing research
- Quantum Computing Onderwijs
- Quantum Computing Community
Jacco de Vries aanhet werk in de LHCb control room bij CERN
Zuinige hybride
Hoewel er met foutloos functionerende en goed geprogrammeerde kwantumcomputers veel mogelijk zal zijn, blijft er meer dan genoeg werk over voor de klassieke computer. Experts in Quantum Computing, zoals Menica en haar collega’s, kijken ook naar de toekomstige rol van beide soorten computers. “We hebben nog geen benchmark die de twee rechtstreeks met elkaar vergelijkt, maar we werken aan manieren waarmee we kunnen inschatten wanneer een kwantum- of een gewone computer in het voordeel is. Daarbij kijken we niet alleen naar de rekenkracht, maar ook naar factoren als energieverbruik. Wie maakt de berekening het zuinigst, de kwantumcomputer of de klassieke supercomputer?”
Kwantumcomputers staan nog in de kinderschoenen; het vakgebied dat de theorie achter Quantum Computing onderzoekt, lijkt zich sneller te ontwikkelen dan de computer zelf. Kwantumalgoritmen en andere wetenschappelijke doorbraken duikelen over elkaar heen. Volgens Menica worden de contouren van het toekomstige gebruik van de kwantumcomputer langzaam maar zeker duidelijk. “Het meest voor de hand liggende model is een hybride model dat de kwantumcomputer gebruikt voor alleen die berekeningen die er het meest bij gebaat zijn. Alle andere berekeningen, de voorbereiding van de data en de verwerking van de resultaten laten we aan klassieke (super)computers over.”
Volgende keer, in het nieuwe academische jaar, gaat de serie verder met een verhaal over het Maastrichtse onderzoek naar Quantum Computing.
Lees ook
-
“Ik ben er trots op dat onze nieuwe groep Circular Plastics het eerste volledig eigen onderzoek publiceerde”, zegt Kim Ragaert. Drie jaar geleden, bij haar start in Maastricht, zette ze de onderzoeksgroep op. Inmiddels staat ze aan de basis van menige innovatie op het gebied van plasticrecycling en...
-
Atomen en de kleinere elementaire deeltjes gedragen zich op vreemde, soms onvoorspelbare manieren. Het klinkt vreemd, maar juist die onvoorspelbaarheid geeft een kwantumcomputer zijn kracht. Exacte berekeningen maken, met ongekende mogelijkheden en op een manier die natuurkundigen nog steeds niet...
-
Gerco Onderwater onderzoekt hij de smaak van het heelal en bewaakt hij de smaak van het Maastricht Science Programme. Tijdens zijn oratie, 31 mei, gaf hij een voorproefje van zijn werk voor beiden.
