Gepubliceerd op:

Door de stortgolf aan aandacht voor AI, zal het onderwerp quantum sommige misschien zijn ontgaan. Echter heeft in de afgelopen jaren quantumtechnologie ook iets los gemaakt bij grote organisaties (AIVD, Rathenau, TNO, en zelfs de Tweede Kamer). Als er zoveel aandacht besteed wordt aan het onderwerp quantum moet er wel iets aan de hand zijn.

Het doel van deze blog is om een kort en duidelijk overzicht te geven van de basics van quantumtechnologie. Aan het einde van deze blog, die focust op het begrijpen van quantum, zul je bekend zijn met de 3 sub-gebieden van de huidige quantumtechnologie en zullen een paar veelvoorkomende misverstanden omtrent quantum worden aangekaart.

Quantum Blogreeks 2/3: Kunnen we quantum begrijpen zonder een PhD in natuurkunde te hebben?

Korte antwoord: Je hoeft ook geen automonteur te zijn om een auto te besturen. Als we focussen op toepassingen en onszelf niet verliezen in zware theorie kunnen de toepassingen van quantumtechnologie begrijpelijk uitgelegd worden.

Daarom geen uitgebreide verhalen over de natuurkunde achter quantumtechnologie. Quantummechanica is complex, en in een blogpost ga ik niet klaarspelen wat een natuurkunde-opleiding in meerdere jaren doet. In plaats daarvan is het beter te focussen op de impact en effecten. Kijk bijvoorbeeld naar een lamp. Een lamp gebruikt de wetten van de elektrotechniek (ook ingewikkelde natuurkunde) om een gewenst effect, namelijk licht, teweeg te brengen. Je hoeft echter de wetten van de elektrotechniek niet te begrijpen om met een lamp te werken. De effecten zijn echter wel bekend; als ik de lamp aanzet komt er licht en kost het stroom. Het doel van deze eerste blog is om een vergelijkbaar begrip te creëren over quantum.

Quantumtechnologie? Wablief?

Quantumtechnologie is een subset aan technologische apparaten die gebruik maken van de wetten van de quantummechanica. Quantummechanica is de studie van de kleinste deeltjes. Door te begrijpen hoe deze deeltjes zich gedragen is het mogelijk om apparaten te ontwerpen die hier nieuwe technologische toepassingen uit halen. Denk hierbij weer aan de lamp. Wij weten dat stroom (elektrische lading) zich van hoge spanning naar lage spanning beweegt. Door deze kennis te gebruiken kunnen apparaten als de lamp ontwikkeld worden. Bij quantumtechnologie is dit net zo. Omdat we weten hoe deeltjes zich gedragen op een kleine schaal kunnen we iets ontwerpen wat daar gebruik van maakt. Quantumtechnologie manipuleert deeltjes op de kleinste schaal die de natuurkunde kent.
 
Wat kunnen we dan precies ontwerpen als we weten wat er hier gebeurt? Momenteel zijn er drie grote gebieden waarin quantumtechnologie aan het ontwikkelen is: quantumcomputers, quantumnetwerken en quantumsensoren. Dit onderscheid is o.a. terug te vinden in de lijst met Nederlandse sleuteltechnologieën van TNO. Hieronder een korte toelichting op elk van deze.

Quantumcomputers vervullen eenzelfde functie als klassieke computers, of om precies te zijn die van computerprocessoren. Een quantumcomputer maakt berekeningen en kan daarmee dezelfde taken vervullen als een normale computer. Het grote onderscheid is dat bepaalde berekeningen efficiënter gaan op een quantumcomputer. Het is belangrijk om te weten dat de quantumcomputer niet sneller is op alle vlakken. Slechts op een paar specifieke berekeningen is een quantumcomputer efficiënter dan een normale computer (waarover meer in de 3e blog).

Zoals quantumcomputers staan tot klassieke computers, staan quantumnetwerken tot klassieke netwerken (zoals bijvoorbeeld het internet). Het grote verschil tussen quantumnetwerken en klassieke netwerken is dat ze informatie in een andere staat versturen. Dit bied mogelijkheden voor bepaalde vormen van encryptie en synchronisatie. Dit betekent niet dat quantumnetwerken sneller internet zijn, maar opnieuw dat ze op bepaalde gebieden andere toepassingen hebben dan klassieke netwerken.

Evenals de computers en netwerken, zijn quantumsensoren vergelijkbaar met gewone sensoren. Ze meten bepaalde gegevens, zoals licht of beweging preciezer dan klassieke sensoren. Opnieuw betekent dit niet per se dat de sensor beter is. Toch hebben quantumsensors, in tegenstelling tot quantum computers en quantum netwerken, wel vaak dezelfde functionaliteit als een klassieke sensor. Hierdoor zijn er dus minder nieuwe toepassingen en meer verbeteringen van huidige toepassingen mogelijk.

Van technologie naar impact

Een standaard vraag om te stellen bij dit soort verbeteringen is: Hoeveel sneller is de quantumcomputer? Hoeveel preciezer de quantumsensor? Helaas zijn dit niet de juiste vragen om nu te stellen. Toen men van de kaars naar de lamp ging was de eerste vraag ook niet: hoeveel feller is de lamp dan de kaars?

De impact gaat verder dan het technische. De maatschappelijke impact van een lamp is bijvoorbeeld dat er nu op veel plekken meer licht is. Je leest makkelijker een boek 's avonds, de straten zijn lichter en er kwam een vraag naar elektriciteit. Zo kunnen we ook naar quantum kijken. De technische impact quantumsensors op onderzoek is dat ze preciezere metingen kunnen doen. De maatschappelijke impact is dat onderzoekers nu een nieuw instrument hebben om aardbevingen mee te meten.

Door op deze manier naar impact te kijken kunnen we een beeld schetsen van de verschillende impacts die quantumtechnologie gaan hebben. Ondanks dat de technologie deels nog in ontwikkeling is, zijn er al wel enkele dingen bekend over de impact die quantumtechnologie teweeg kan brengen. De volgende blog zal verder ingaan op deze impact.

Meer weten?

Deze blog maakt deel uit van een driedelige blogreeks over Quantum. De andere blogs zijn hieronder te vinden.

Meer lezen?

Zie ook: