Kwantumcomputing moet nu uit de 'kruip-fase' komen

Het is nog helemaal niet duidelijk òf de kwantumcomputer uiteindelijk een zinvolle bijdrage kan leveren aan het onderzoek aan elementaire deeltjes in de High-Luminosity Large Hadron Collider, en aan de zoektocht naar zwaartekrachtgolven met de Einstein Telescope. Maar de verwachtingen zijn hooggespannen.

Die zijn gebaseerd op de ervaring dat bijvoorbeeld Fourier analyses in ieder geval veel sneller op een kwantumcomputer kunnen worden uitgevoerd dan op een reguliere supercomputer. Fourier analyses zijn een manier om bijvoorbeeld geluid- of warmtegolven wiskundig te beschrijven. "Fourier analyses komen in dit werk zo veel voor, dus verwachten we dat de kwantumcomputer ons hier ook kan gaan helpen," zegt Jacco de Vries, universitair docent gravitational waves en fundamentele fysica aan de Universiteit Maastricht. "Maar de algoritmen die we nodig hebben om uit te voeren op de kwantumcomputer, bestaan nog niet. Een belangrijk element van de komende jaren is dan ook uit te zoeken wat we nodig hebben, wat er al bestaat en welke algoritmen ontwikkeld moeten worden."

Creatief proces opzetten

IBM financiert in het samenwerkingsverband met de Universiteit Maastricht - dat vandaag werd aangekondigd - voor een periode van drie jaar twee post-docs met expertise op het gebied van kwantumcomputing. Het doel is een creatief proces op te zetten in een multidisciplinair team waarbij de domeinkennis komt van de groepen die werken aan respectievelijk de Einstein-telescoop en LHCb detector aan de High-Luminosity Large Hadron Collider, legt De Vries uit.

"In het proces naar lopen, zitten we nu nog in de kruipfase", zegt Cor van der Struijf, sinds 2017 ambassadeur voor het Q Network van IBM, waarin het bedrijf samenwerkt met tientallen kennisinstellingen ter wereld aan de ontwikkeling van toepassingen van de kwantumcomputer. IBM heeft inmiddels zo'n 25 werkende kwantumcomputers, deels in de VS en deels in IBM's onderzoeksfaciliteit in Zürich. Deze zijn via een cloudinfrastructuur door de onderzoekers te gebruiken. 

IBM heeft een ambitieus plan om de kracht van zijn kwantumcomputers elk jaar te verdubbelen en zelfs het aantal qubits nog sneller te laten groeien tot 1121 in 2023. Daarvoor wordt nu gewerkt aan een nieuwe koelsysteem waar veel meer qubits in gehuisvest kunnen worden dat in de koelsystemen die nu overal gebruikt worden. Een probleem bij kwantumcomputers is nog altijd de stabiliteit en de foutgevoeligheid van de qubits, zeg maar het equivalent van de transistor in een traditionele computer.

Twee onderzoeksrichtingen bij elkaar

IBM vindt de samenwerking met de Universiteit Maastricht aantrekkelijk omdat hier zowel aan de LHCb detector van de High-Luminosity Large Hadron Collider èn aan de Einstein Telescope word gewerkt, onderzoeken die beide kunnen profiteren van de inzet van kwantumcomputing. Beide gaan enorme hoeveelheden data opleveren en hebben baat bij het nieuwe type berekeningen dat nodig is om er wetenschappelijke interessante informatie uit te halen. Beide projecten gaan naar verwachting pas over een jaar of 15 echt van start met de daadwerkelijke metingen, dus is er nog tijd om de benodigde hard- en software voor de kwantumberekeningen te realiseren.