Wat is quantumcomputing?

Quantumcomputing is een opkomende technologie die de unieke eigenschappen van de quantumwereld – die bestaat op de schaal van atomen en subatomaire deeltjes – wil gebruiken om complexe problemen op te lossen. In theorie kunnen grote quantumcomputers bepaalde typen problemen, zoals cryptografische encryptie ontsleutelen of complexe optimalisatieproblemen oplossen, veel sneller uitwerken dan klassieke computers dat kunnen. De huidige technologie is echter nog verre van volwassen.

Quantumcomputers gebruiken de quantumeigenschappen van elementaire deeltjes, zoals atomen, elektronen of fotonen, met qubits. Deze hebben de bijzonderheid dat ze in toestanden kunnen verkeren waar 0 en 1 in superpositie zijn. In combinaties maken ze het mogelijk om een groot aantal waarden te superponeren.

Quantumcomputers gebruiken niet het binaire systeem van nullen en enen (bits) van klassieke computers. Ze gebruiken qubits, waarvan de waarde op een gegeven moment door een complex getal kan worden vertegenwoordigd dat amplitude wordt genoemd: de waarschijnlijkheid om een 0 of een 1 te worden als de waarde van de qubit uitgelezen wordt. Volgens het huidige denken zouden quantumcomputers – vooral grote, met vele duizenden of miljoenen qubits of meer – door die complexiteit beter kunnen zijn bij het oplossen van moeilijke problemen.

Een qubit kan ieder quantummechanisch systeem zijn dat twee verschillende quantumtoestanden heeft die men kan aansturen, zoals de polarisatie van een foton, het energieniveau van een atoom of de spin van een elektron. Omdat qubits in meer toestanden kunnen bestaan dan gewone bits, kan een quantumcomputer veel meer informatie per qubit verwerken dan een klassieke computer per bit. Zo leveren 1024 bits bijvoorbeeld 128 bytes RAM-geheugen, terwijl dezelfde hoeveelheid gegevens kan worden opgeslagen met slechts 10 qubits. Een quantumcomputer met 1000 qubits kan 21.000 verschillende getallen verwerken.

Dus wat zouden quantumcomputers mogelijk kunnen doen? Quantumcomputers zijn geen vervanging van klassieke computers of supercomputers. Ze presteren mogelijk beter in bepaalde soorten computertaken, maar ze zullen er heel anders uitzien en werken dan de apparaten die we vandaag gebruiken. Voor veel problemen zullen conventionele computers bovendien de beste optie blijven. Quantumcomputers kunnen echter voordelen bieden voor bepaalde soorten rekenproblemen, zoals:

Het gebied van quantumcomputing leek in 2019 een grote stap voorwaarts te zetten, toen een uitgelekt onderzoeksartikel suggereerde dat de quantumcomputer Sycamore van Google quantumsuprematie had bereikt. Dat is een term die gebruikt wordt als quantumcomputers snel een probleem kunnen oplossen dat geen enkele klassieke computer binnen een haalbare termijn zou kunnen oplossen.

In november 2021 was de aankondiging van een processor met 127 qubits de eerste keer dat een apparaat de mijlpaal van meer dan 100 qubits overschreed.

De grootste obstakels zijn ruis en decoherentie. Als een quantumdeeltje niet geïsoleerd is van de omgeving, kan elke ongewenste interactie – zelfs het verrichten van een meting – ertoe leiden dat het deeltje instort tot een klassiek bit met een simpele waarde van 0 of 1. Ruis en decoherentie hebben gevolgen: qubits hebben een zeer korte levensduur, momenteel ongeveer 100 µs voor supergeleidende qubits. In deze tijdsduur kunnen slechts een paar quantumpoorten met succes worden uitgevoerd.

Qubit-ruis en decoherentie vereisen het gebruik van quantumfoutcorrectiecodes (“quantum error correction codes” of QECC), die diverse fysieke qubits combineren tot logische qubits met een veel lager foutenpercentage en een langere levensduur. Hoewel de concepten van QECC op kleine schaal in laboratoria zijn bevestigd, is het een uitdaging om deze op grotere schaal te implementeren. Ten eerste is het opschalen van de hoeveelheid qubits ingewikkeld, wat het type ook is. Het aantal fysieke qubits dat nodig is om één logische qubit te maken, kan zelfs oplopen tot duizend. We hebben bovendien minstens 100 logische qubits nodig om een nuttige universele quantumcomputer te maken. Dit komt overeen met een systeem met 100.000 fysieke qubits en vandaag de dag bevinden we ons rond de 100.

Er vindt vreemd gedrag plaats op quantumniveau. Quantumobjecten gedragen zich als golven en deeltjes tegelijk. Het meten van een quantumobject laat de golffunctie echter instorten, dus een observator ziet het als een deeltje. Quantumobjecten kunnen ook in meerdere toestanden tegelijk bestaan – iets dat superpositie wordt genoemd. Ze kunnen daarnaast ook verstrengeld raken met andere quantumobjecten.

Wat is quantumverstrengeling? Het betekent dat het meten van één object ook het verstrengelde object beïnvloedt, zelfs als de twee ver van elkaar verwijderd zijn. Verstrengelde quantumobjecten hebben gepaarde toestanden, maar willekeurige.

Omdat deze gedragingen moeilijk te begrijpen en uit te leggen zijn, worden ze vaak te eenvoudig beschreven. Het is bijvoorbeeld niet juist om te zeggen dat een qubit "zowel 0 als 1 tegelijk" is. Bovendien zullen quantumcomputers waarschijnlijk niet altijd beter en sneller zijn dan klassieke computers – voor bepaalde soorten problemen zullen gewone computers de betere optie blijven. Zelfs waar quantumcomputers een voordeel zouden kunnen bieden, bijvoorbeeld bij het ontcijferen van encryptie, zijn we nog lang niet in staat om zo'n apparaat te bouwen.

De quantumcomputers van vandaag zijn wel significant beter dan eerdere apparaten. Maar ze moeten nog aantonen dat ze effectief praktische problemen kunnen oplossen.

Wat is de toekomst van quantumcomputing? Vele onderzoekers en fabrikanten in de sector werken eraan nieuwe mijlpalen te bereiken. Er is groeiende belangstelling voor het opleiden van de volgende generatie van quantumcomputingdeskundigen en programmeurs. Nieuwe ontwikkelingen op het gebied van quantumcomputertechnologie zullen de vraag naar innovatie waarschijnlijk ook aanjagen op gebieden als cloudopslag, datamining en andere technologieën.

Als vooraanstaande cloudserviceprovider in Europa is OVHcloud ervan overtuigd dat quantumcomputing het volgende technologische keerpunt zal zijn.

"De 20e eeuw was atomair. De 21ste eeuw wordt quantum."
Octave Klaba, Oprichter & President van OVHcloud

De investering van OVHcloud in quantumcomputing heeft verschillende vormen aangenomen:

• OVHcloud biedt het uitgebreidste pakket aan Europese quantumemulatoroplossingen op de markt en het groeit nog steeds. Tot op heden zijn er 5 emulators beschikbaar: Felice van Alice & Bob, Callisto van C12, Pulser van Pasqal, Perceval van Quandela en MyQLM van Eviden. Tegen de zomer van 2024 zullen er meer dan 1.000 gebruikers op deze platforms zijn. Door middel van deze unieke reeks quantumnotebooks en een agnostische aanpak te volgen, streeft OVHcloud ernaar alle quantumtechnologieën beschikbaar te maken voor de hele wereld.

• OVHcloud is de drijvende kracht achter het creëren van een Europees quantumecosysteem. Daarom zet de Groep haar Startup Program in en helpt ze reeds zeker 16 start-ups in het veld (hardware en software) om te groeien, met name door de nieuwste emulators te implementeren of door toegang tot de quantumcomputers van deze start-ups mogelijk te maken via de OVHcloud-infrastructuur. De Groep investeert ook in de ontwikkeling van het quantumecosysteem door middel van verschillende evenementen (France Quantum, Le Lab Quantum, maar ook hackathons en conferenties).

• Bovendien kocht OVHcloud in maart 2023 de MosaiQ-computer, een fotonische quantumcomputer van het Franse bedrijf Quandela. Deze aankoop stelt de Groep in staat om haar R&D-inspanningen te versnellen op gebieden als beveiliging, waar Quantumcomputing nieuwe inzichten biedt in haar producten en oplossingen. Het is ook gericht op het intern testen van nieuwe concepten en de fundamenten van toekomstige Europese technologieën, die door spelers in de sector kunnen worden gebruikt.

• Tot slot heeft OVHcloud nauwe banden met de academische wereld en het onderzoek. Het biedt bijvoorbeeld studenten van instellingen voor hoger onderwijs zoals QuanTEdu-France of Telecom Paris de mogelijkheid om te profiteren van 80 uur toegang tot de reeks emulators van de Groep. Bovendien kunnen geselecteerde studenten via de cloud toegang krijgen tot de Quandela (quantumprocessor) QPU van OVHcloud zodra hun applicaties zijn beoordeeld. 

OVHcloud blijft investeren in de toekomst en in innovatie door bij te dragen aan de groei van het Franse en Europese quantumecosysteem.

Meer informatie