GlobalSign Blog

Wat is quantum computing? Een beknopte handleiding

Wat is quantum computing? Een beknopte handleiding

Het is u vergeven als u bij het scannen van de technische krantenkoppen denkt dat quantum computing binnenkort om de hoek komt kijken, en dat veilige algoritmen voor public-key encryptie al verouderd zijn. Dat is niet helemaal waar, of nog niet helemaal waar.

Het klopt dat quantum computing de afgelopen jaren aanzienlijk is vooruitgegaan, en dat er veel speculatie over de toepassingen van de technologie is, inclusief de mogelijkheid dat het kan helpen bij reacties op toekomstige pandemieën. Als het echter gaat om de primaire manier waarop quantum computing het grootste deel van ons leven zal beïnvloeden – cybersecurity – is de echte quantumfunctionaliteit nog een paar jaar van ons verwijderd. Van de grootste cyberaanvallen van 2019 was immers precies nul procent gebaseerd op quantummethoden. 

In dit artikel proberen we de hype te ontkrachten en kijken we naar de werkelijke mogelijkheden van quantum computing.

Wat is quantum computing?

Om de potentiële impact van quantum computing te begrijpen, is het in de eerste plaats van cruciaal belang om te begrijpen wat het is. Het fundamentele inzicht dat aan alle quantum computing-modellen ten grondslag ligt, is dat individuele deeltjes zoals elektronen en fotonen zich in meerdere toestanden tegelijk kunnen bevinden.

‘Klassieke’ computers – dat wil zeggen alle computers in de wereld van vandaag – zijn binaire machines die informatie opslaan als een reeks van 1’en en 0’en, en ze zijn inherent beperkt door dit feit. Quantumcomputers zijn potentieel exponentieel krachtiger dan klassieke computers, omdat zelfs een 5-bits quantumcomputer in 2^5 verschillende ‘toestanden’ tegelijk kan zijn. Deze nieuwe computerrealiteit wordt uitgedrukt door de term ‘qubit’, wat staat voor ‘quantum bit’, en is de basiseenheid van informatie in een quantumcomputer. 

Dit maakt quantumcomputers zeer goed in het oplossen van een bepaalde klasse van problemen bekend als ‘optimalisatieproblemen’. Bij dit soort problemen wordt met behulp van een computer geprobeerd de best mogelijke oplossing te vinden uit een groot aantal opties. 

Het rekenvoorbeeld hiervan staat bekend als het ’Chinese postbodeprobleem’ (Route inspection problem) en omvat het uitstippelen van een pad door een complexe grafiek die elk punt bezoekt. Dit probleem, of varianten daarop, kan worden omgezet in veel gewone problemen waar we vandaag de dag mee te maken hebben. Omdat quantumcomputers verschillende mogelijke oplossingen in één keer kunnen modelleren, kunnen ze dit soort problemen veel sneller oplossen dan een klassieke computer.

Een van deze problemen is bijvoorbeeld het simuleren van mogelijke chemische samenstellingen van verschillende verbindingen als gevolg van complexe structuren die verschillende combinaties van elektronenafstoting en -aantrekking met zich meebrengen. Bedrijven als Biogen, dat samenwerkt met Accenture Labs en 1QBit, proberen quantummodellen toe te passen op dit soort problemen. 

Hoe zal quantum computing encryptie beïnvloeden?

De grootste impact die quantum computing voor de meeste mensen zal hebben, is echter dat de encryptie die we gebruiken om onze gegevens online te beveiligen, gebaseerd is op een dergelijk optimalisatieprobleem. Zonder alle vreselijke wiskundige details te overlopen, vertrouwen veel van de veelgebruikte encryptieprotocollen (zoals RSA) op het onvermogen van klassieke computers om snel getallen te factoriseren.

Een quantumcomputer kan grote aantallen exponentieel sneller factoriseren dan een klassieke machine, en kan daardoor deze encryptieprotocollen in korte tijd breken. Als er dus een voldoende krachtige quantumcomputer zou kunnen worden gebouwd, betekent dit dat we bijvoorbeeld een nieuwe standaard voor e-mailencryptie nodig zouden hebben.

Zoals Lila Kee van GlobalSign in haar artikel voor Forbes schreef,
“Quantum computing bevindt zich nog steeds in de beginfase. Als het eindelijk levensvatbaar wordt, zal quantum computing enorme verstoringen in onze moderne beveiligingsoplossingen veroorzaken. Maar het belangrijkste segment van die zin is “als het eindelijk levensvatbaar wordt”.

Hoe krachtig zou een quantumcomputer moeten zijn om dit te bereiken? Wel, de schattingen variëren, maar de meeste onderzoekers stellen dit punt op ongeveer 50 qubits. Dit punt – waar een computer beter kan presteren dan een klassieke computer – is bekend geworden als 'quantumsuprematie'.

Waar staan we nu?

Hoe dicht staan we nu bij het punt van quantumsuprematie? Het hangt af aan wie je het vraagt. Eind 2019 kondigde Google aan dat het dit doel had bereikt in een onderzoeksartikel in Nature. Het bedrijf meldde dat zijn 54-qubit Sycamore-processor in staat was om in 200 seconden een berekening uit te voeren die de krachtigste supercomputer ter wereld 10.000 jaar zou hebben gekost. 

Verschillende analisten hebben deze bewering echter in twijfel getrokken. In een blogpost die net na het onderzoeksartikel werd gepubliceerd, zei IBM dat de berekening die door de quantumcomputer van Google werd uitgevoerd slechts 2,5 dagen zou duren op een klassieke computer, gezien de hoeveelheid schijfruimte die nu beschikbaar is voor supercomputers.

Zelfs als Google een quantumcomputer heeft gebouwd die de suprematie heeft bereikt, zal deze niet snel op grote schaal worden gebruikt. Op dit moment zijn quantumcomputers uiterst moeilijk te gebruiken voor iedereen, behalve voor onderzoekers die zeer specifieke berekeningen uitvoeren. Ze zijn ook extreem duur. Het Canadese quantum computing-bedrijf D-Wave Systems Inc. heeft een 2.000 qubit quantumcomputer op de markt gebracht voor 15 miljoen dollar.

Zal quantum computing de wereld veranderen?

Op dit moment betekenen de moeilijkheden bij het gebruik van quantumcomputers en het beperkte vermogen dat de meeste modellen bieden, dat het gebruik ervan beperkt zal blijven tot zeer beperkte toepassingen. Dat betekent niet dat quantum computing nooit mainstream zal zijn – het betekent alleen dat we nog jaren verwijderd zijn van die realiteit

Als quantum computing echter kan worden ingezet, zal het potentieel een enorme impact hebben. Het vermogen om momenteel onmogelijke computertaken uit te voeren, kan ons bijvoorbeeld in staat stellen om eindelijk echt intelligente AI’s te ontwikkelen, of om de structuur van onze wereld in exponentieel meer detail te analyseren. Deze vaardigheden zullen op hun beurt waarschijnlijk enorme sociale, technologische en economische veranderingen teweegbrengen. Sommige analisten hebben zelfs gespeculeerd dat quantum computing ons leven zal veranderen op de schaal van de industriële revolutie.

Zal quantum computing de wereld veranderen? Ja. Waarschijnlijk. Wanneer zal dat gebeuren? Die vraag moet nog worden beantwoord.

Opmerking: Dit blogartikel werd geschreven door een externe medewerker om onze lezers een gevarieerder aanbod te geven. De standpunten uiteengezet in dit artikel van een externe medewerker zijn enkel die van de medewerker en komen niet noodzakelijk overeen met die van GlobalSign.

Share this Post