Kwantumcomputers zijn als kernfusie: ze zijn altijd maar een decennium verwijderd. Beide technologieën zouden onze samenleving volledig revolutioneren en een nieuw tijdperk voor de mensheid inluiden. Hoewel we de principes van zowel kwantumcomputing als kernfusie hebben vastgesteld, zijn er aanzienlijke problemen om die principes om te zetten in werkende fysieke machines.
Het Qubit-raadsel
De uitdaging in het hart van quantum computing ligt in de kwetsbaarheid van qubits. Een klassieke computer gebruikt op het meest fundamentele niveau stukjes informatie om berekeningen uit te voeren. Een bit kan een 1 of een 0 zijn, waarbij een 1 staat voor “aan” en een 0 voor “uit”. Elke 0 en 1 die door de computer wordt verwerkt, vertegenwoordigen transistors op de printplaat die aan en uit worden gezet.
Een kwantumcomputer gebruikt qubits in plaats van bits. Een veel voorkomende misvatting over qubits is dat ze tegelijkertijd 0 en 1 vertegenwoordigen. Dit is echter niet helemaal juist. In feite is een qubit een superpositie van 0 en 1: het bevat informatie over beide toestanden, maar het is ook zijn eigen afzonderlijke toestand. Verward? Zie het als volgt: als je een blauwe bal (0) en een rode bal (1) hebt, dan zou je ze samen kunnen voegen om een bal te maken die half blauw en half rood is, wat een 0 en een 1 zou zijn bij dezelfde tijd. Als alternatief kun je een bal maken die paars van kleur is, wat betekent dat deze informatie over 0 en 1 bevat en totaal verschillend is van beide.
Hoewel we relatief eenvoudig qubits kunnen maken, is het veel moeilijker om er iets bruikbaars van te maken. Dit komt omdat de overlay-status inherent onstabiel is. Zodra een overlappend deeltje een interactie aangaat met een ander deeltje, wordt het gedwongen een bepaalde toestand te “kiezen”. Het kan niet langer doen alsof het 0 of 1 is en moet een kant kiezen, een proces dat decoherentie wordt genoemd. Dit is het obstakel dat ons momenteel verhindert om verder te komen in de technologie.
Google Quantum Supremacy
Quantum suprematie verwijst naar het punt waarop quantum computing-technologie evolueert tot een punt waarop het taken kan voltooien die een standaardcomputer in een kwestie van minuten heel veel tijd zou kosten. En als we zeggen: “een lange tijd”, hebben we het over tienduizenden jaren. Zie je, elk probleem dat berekenbaar is, kan worden opgelost door een klassieke computer, maar op een tijdschaal die veel langer is dan een mensenleven.
Een kwantumcomputer daarentegen kan in theorie veel van deze taken in een kwestie van minuten uitvoeren, ervan uitgaande dat hij genoeg qubits heeft om mee te werken. Tot nu toe was het grootste obstakel voor het ontwikkelen van krachtigere kwantumcomputers die suprematie kunnen bereiken, de moeilijkheid om verstrengelde qubits in superpositie te houden.
Google loopt al een tijdje voorop als het gaat om quantum computing. Vorig jaar toonde Google een kwantumcomputer die 73 qubits kan verwerken, ver voor op IBM’s 53-qubit-computer. Een recent uitgelekt artikel suggereert echter dat de zoekmachinegigant een sprong heeft gemaakt die niemand had verwacht.
plataan
De precieze details van het probleem dat de kwantumcomputer van Google, bijgenaamd ‘Sycamore’, daadwerkelijk heeft opgelost, zijn relatief ingewikkeld en zijn hier niet belangrijk. Wat belangrijk is, zijn de resultaten en de implicaties van die resultaten. Google-onderzoekers hebben gesuggereerd dat wat Sycamore 200 seconden kostte, een klassieke computer ongeveer 10.000 jaar zou hebben gekost.
Het is echter belangrijk om te beseffen dat kwantumcomputers niet alleen normale computers zijn, maar snellere. Zelfs als we kwantumcomputers hebben uitgevonden, zullen het waarschijnlijk zeer gespecialiseerde machines blijven die zullen worden gebruikt om zeer specifieke problemen op te lossen. Als kwantumcomputing ooit zijn weg vindt naar onze huizen, zal het waarschijnlijk de vorm hebben van een kwantumverwerkingseenheid die naast een gewone klassieke processor in onze computers zit. Net zoals u een nieuwe grafische kaart kunt aansluiten om uw computer meer grafische afbeeldingen te laten maken, kunnen we op een dag kwantumverwerkingsmodules toevoegen om onze computers in staat te stellen bepaalde taken uit te voeren.
implicaties voor privacy
In de nasleep van de aankondiging van Google merkte presidentskandidaat Andrew Yang op dat “geen enkele code onmogelijk te kraken is”, in navolging van een van de meest prominente zorgen rond quantum computing. Een van de problemen die kwantumcomputers heel goed zullen oplossen, is encryptie. Het verslaan van de huidige coderingsnormen met een normale computer zou ongeveer de rest van de levensduur van het universum in beslag nemen. Dit is te traag om praktisch te zijn.
Een kwantumcomputer zal echter in relatief korte tijd (afhankelijk van de gebruikte standaard) zelfs onze beste encryptie kunnen kraken. Maar daar zijn we nog ver van verwijderd. Om kwantumcomputers te gebruiken om encryptie te doorbreken, zijn duizenden logische qubits nodig. Elke logische qubit bestaat uit honderden of zelfs duizenden individuele qubits.
Omdat ze een groot aantal individuele qubits gebruiken, worden logische qubits niet beïnvloed door de decoherentie die onzekerheid creëert wanneer reguliere qubits worden gebruikt. Sycamore gebruikte 52 qubits van hoge kwaliteit, terwijl er duizenden nodig zijn om een enkele logische qubit te vormen.
Hoewel kwantumcomputers geen onmiddellijke bedreiging vormen voor onze veiligheid, benadrukken ontwikkelingen zoals Sycamore de noodzaak om ons voor te bereiden op wanneer die dag komt. Quantum computing vereist nieuwe coderingsstandaarden die bestand zijn tegen het breken van kwantumcodes en die ook door een klassieke computer kunnen worden gebruikt.
Er is al een algoritme waarmee kwantumcomputers een zeer sterk wachtwoord kunnen terugbrengen van 128 bits naar slechts 26 bits. Een 128-bits wachtwoord is in wezen onmogelijk voor een normale computer om te kraken, maar uw smartphone zou een 26-bits wachtwoord kunnen kraken.
Het goede nieuws is dat er al enkele beveiligingsstandaarden zijn die als kwantumveilig zijn gecertificeerd door IEEE Std 1363.1 en OASIS KMIP, beide gerenommeerde makers van beveiligingsstandaarden. We mogen echter nooit zelfgenoegzaam zijn als het gaat om onze cyberbeveiliging. Als kwantumcomputing volledig volwassen wordt, zullen we allemaal onze benadering van internetbeveiliging opnieuw moeten evalueren. U moet dit meenemen in uw besluitvorming wanneer u beslist welk deel van uw leven u online wilt brengen.
