Quantum computing gebruikt kwantummechanica om enorme hoeveelheden informatie met een ongelooflijk hoge snelheid te verwerken. Het duurt een paar minuten tot enkele uren voordat een kwantumcomputer een probleem oplost waar een desktopcomputer jaren of decennia over zou doen om op te lossen.
Quantum computing vormt de basis voor een nieuwe generatie supercomputers. Deze kwantumcomputers zullen naar verwachting beter presteren dan bestaande technologie op gebieden als modellering, logistiek, trendanalyse, cryptografie en kunstmatige intelligentie.
Quantum Computing uitgelegd
Het idee van quantum computing werd voor het eerst bedacht in de vroege jaren tachtig door Richard Feynman en Yuri Manin. Feynman en Manin geloofden dat een kwantumcomputer gegevens kon simuleren op manieren die een desktopcomputer niet kon. Pas eind jaren negentig bouwden onderzoekers de eerste kwantumcomputers.
Quantum computing maakt gebruik van kwantummechanica, zoals superpositie en verstrengeling, om berekeningen uit te voeren. Kwantummechanica is een tak van de natuurkunde die dingen bestudeert die extreem klein, geïsoleerd of koud zijn.
De primaire verwerkingseenheid van kwantumcomputers zijn kwantumbits of qubits. Qubits worden in de kwantumcomputer gemaakt met behulp van de kwantummechanische eigenschappen van enkele atomen, subatomaire deeltjes of supergeleidende elektrische circuits.
Qubits zijn vergelijkbaar met de bits die door desktopcomputers worden gebruikt, in die zin dat qubits zich in een kwantumtoestand van 1 of 0 kunnen bevinden. Qubits verschillen doordat ze zich ook in een superpositie van de 1 en 0 toestanden kunnen bevinden, wat betekent dat qubits tegelijkertijd zowel 1 als 0 kunnen vertegenwoordigen.
Als qubits in superpositie zijn, worden twee kwantumtoestanden bij elkaar opgeteld en resulteren in een andere kwantumtoestand. Superpositie betekent dat meerdere berekeningen tegelijkertijd worden verwerkt. Twee qubits kunnen dus tegelijkertijd vier getallen vertegenwoordigen. Gewone computers verwerken bits in slechts één van de twee mogelijke toestanden, 1 of 0, en berekeningen worden één voor één verwerkt.
Quantumcomputers gebruiken ook verstrengeling om qubits te verwerken. Wanneer een qubit verstrengeld is, hangt de toestand van die qubit af van de toestand van een andere qubit, zodat een qubit de toestand van zijn niet-geobserveerde paar onthult.
De kwantumprocessor is de kern van de computer
Qubits maken is een moeilijke taak. Er is een bevroren omgeving nodig om een qubit voor langere tijd te behouden. De supergeleidende materialen die nodig zijn om een qubit te maken, moeten worden afgekoeld tot het absolute nulpunt (ongeveer min 272 Celsius). De qubits moeten ook worden afgeschermd van achtergrondruis om fouten in de berekening te verminderen.
De binnenkant van een kwantumcomputer ziet eruit als een mooie gouden kroonluchter. En ja, het is gemaakt van echt goud. Het is een verdunningskoelkast die de kwantumchips koelt, zodat de computer superposities kan creëren en qubits kan verstrengelen zonder informatie te verliezen.
De kwantumcomputer maakt deze qubits van elk materiaal dat kwantummechanische eigenschappen vertoont die kunnen worden gecontroleerd. Quantum computing-projecten creëren qubits op verschillende manieren, zoals het doorlussen van supergeleidende draad, draaiende elektronen en het vangen van ionen of pulsen van fotonen. Deze qubits bestaan alleen in de temperaturen onder het vriespunt die in de verdunningskoelkast worden gecreëerd.
De programmeertaal voor Quantum Computing
Quantum-algoritmen analyseren de gegevens en bieden simulaties op basis van de gegevens. Deze algoritmen zijn geschreven in een op kwantum gerichte programmeertaal. Er zijn verschillende kwantumtalen ontwikkeld door onderzoekers en technologiebedrijven.
Dit zijn enkele programmeertalen voor kwantumcomputers:
- QISKit: De Quantum Information Software Kit van IBM is een full-stack bibliotheek voor het schrijven, simuleren en uitvoeren van kwantumprogramma's.
- Q: De programmeertaal die is opgenomen in de Microsoft Quantum Development Kit. De ontwikkelkit bevat een kwantumsimulator en algoritmebibliotheken.
- Cirq: een door Google ontwikkelde kwantumtaal die een pythonbibliotheek gebruikt om circuits te schrijven en deze circuits uit te voeren in kwantumcomputers en simulators.
- Forest: een door Rigetti Computing gecreëerde ontwikkelomgeving die kwantumprogramma's schrijft en uitvoert.
Gebruik voor Quantum Computing
Echte kwantumcomputers zijn de afgelopen jaren beschikbaar gekomen en slechts enkele grote technologiebedrijven hebben een kwantumcomputer. Sommige van deze technologiebedrijven zijn Google, IBM, Intel en Microsoft. Deze technologieleiders werken samen met fabrikanten, financiële dienstverleners en biotechbedrijven om verschillende problemen op te lossen.
De beschikbaarheid van kwantumcomputerdiensten en de vooruitgang in rekenkracht geeft onderzoekers en wetenschappers nieuwe tools om oplossingen te vinden voor problemen die voorheen onmogelijk op te lossen waren. Quantum computing heeft de hoeveelheid tijd en middelen verminderd die nodig zijn om ongelooflijke hoeveelheden gegevens te analyseren, simulaties over die gegevens te maken, oplossingen te ontwikkelen en nieuwe technologieën te creëren die problemen oplossen.
Het bedrijfsleven en de industrie gebruiken kwantumcomputing om nieuwe manieren van zakendoen te verkennen. Hier zijn een paar van de quantum computing-projecten die het bedrijfsleven en de samenleving ten goede kunnen komen:
- De lucht- en ruimtevaartindustrie gebruikt kwantumcomputers om betere manieren te onderzoeken om het luchtverkeer te beheren.
- Financiële en beleggingsondernemingen hopen kwantumcomputing te gebruiken om het risico en rendement van financiële investeringen te analyseren, portefeuillestrategieën te optimaliseren en financiële transities af te handelen.
- Fabrikanten passen kwantumcomputing toe om hun toeleveringsketens te verbeteren, efficiëntie in hun productieprocessen te creëren en nieuwe producten te ontwikkelen.
- Biotechbedrijven onderzoeken manieren om de ontdekking van nieuwe medicijnen te versnellen.
Zoek een kwantumcomputer en experimenteer met kwantumcomputers
Sommige computerwetenschappers ontwikkelen methoden om quantum computing op een desktopcomputer te simuleren.
Veel van 's werelds grootste technologiebedrijven bieden kwantumdiensten aan. In combinatie met desktopcomputers en -systemen creëren deze kwantumservices een omgeving waarin kwantumverwerking - met desktopcomputers - complexe problemen oplost.
- IBM biedt de IBM Q-omgeving met toegang tot verschillende echte kwantumcomputers en simulaties die je via de cloud kunt gebruiken.
- Alibaba Cloud biedt een quantum computing-cloudplatform waar u op maat gemaakte quantumcodes kunt uitvoeren en testen.
- Microsoft biedt een kwantumontwikkelingskit met de programmeertaal Q, kwantumsimulators en ontwikkelingsbibliotheken met kant-en-klare code.
- Rigetti heeft een quantum-first cloudplatform dat momenteel in bèta is. Hun platform is vooraf geconfigureerd met hun Forest SDK.
Quantum Computing Nieuws in de toekomst
De droom is dat kwantumcomputers problemen zullen oplossen die momenteel te groot en te complex zijn om op te lossen met standaard hardware, met name voor omgevingsmodellering en ziektebeheersing.
Desktopcomputers hebben niet de ruimte om deze complexe berekeningen uit te voeren en deze ongelooflijke hoeveelheid gegevensanalyse uit te voeren. Quantum computing neemt de grootste big data-verzamelingen en verwerkt deze informatie in een fractie van de tijd die het zou kosten op een desktopcomputer. Gegevens die een desktopcomputer meerdere jaren zou kosten om te verwerken en te analyseren, duurt slechts een paar dagen voor een kwantumcomputer.
Quantum computing staat nog in de kinderschoenen, maar heeft het potentieel om de meest complexe wereldproblemen met de snelheid van het licht op te lossen. Het is een raadsel hoe ver kwantumcomputing zal groeien en naar de beschikbaarheid van kwantumcomputers.
