Paul van Gerven is redacteur van Bits&Chips.

10 April

Een wereld die tien miljard mensen te eten geeft, die minder gebukt gaat onder ziektes en die energie opwekt zonder de planeet te vernietigen: quantumtechnologie gaat ons helpen deze dromen te realiseren. Dat zei staatssecretaris Mona Keijzer van Economische Zaken bij de opening van Microsofts nieuwe quantumlab bij Qutech in Delft. Ik zou de bewindsvrouw dringend willen adviseren om alvast aan de slag te gaan en niet te wachten op de ontwikkeling van quantumtechnologie.

De quantumhype begint een beetje uit de hand te lopen. In de beeldvorming laat een revolutie niet lang meer op zich wachten. Dat kan toch niet anders als techgiganten miljoenen steken in de bouw van prototypes? IBM bracht begin dit jaar zelfs de eerste commerciële quantumcomputer op de markt. In het kielzog verschijnen nerveuze stukken over de beveiliging van onze bankgegevens en medische dossiers, die niet bestand is tegen de rekenkracht van quantumcomputers.

We hebben hier te maken met een mengsel van één deel spin en marketing van de techindustrie, twee delen mainstream journalistiek die het wel een beetje leuk en simpel wil houden en een onderzoeksgemeenschap die garen spint bij het beeld dat ontstaat en dus weinig tegengas geeft. De harde werkelijkheid is dat het nog minstens een decennium zal duren voordat een quantumcomputer een berekening van enige betekenis uitvoert. Het spectaculaire werk ligt nog veel verder in de toekomst.

De Amerikaanse National Academies of Sciences, Engineering and Medicine bracht vorig jaar een rapport uit over de status en vooruitzichten van de quantumcomputer. De publicatie samengesteld door experts uit academia en industrie omarmt de courante opvatting dat er geen reden is om aan te nemen dat een ‘nuttige’ quantumcomputer niet gebouwd zou kunnen worden. Maar aan een voorspelling hoe lang dat dan gaat duren, durven de auteurs zich niet te wagen.

Laten we zelf een gooi doen dan. Volgens het rapport moet het aantal qubits met meer dan een factor 10^^5 toenemen om de geheime sleutel te achterhalen van een 1024 bit RSA-beveiliging. Aangezien we nu in de tientallen zitten, moeten we dus naar miljoenen qubits. Als we het tempo van de wet van Moore aanhouden (een verdubbeling per twee jaar), doen we daar dertig jaar over.

Maar op zichzelf zegt het aantal qubits weinig over de kracht van een quantumcomputer. Vanwege het inherent instabiele karakter van quantumsystemen treden onvermijdelijk fouten op. Mits die niet té vaak optreden, kunnen die worden ondervangen, maar dat kost extra qubits: er zijn vele ‘fysieke’ qubits nodig om één betrouwbare ‘logische’ qubit te creëren. Misschien wel duizenden, afhankelijk van hoe vaak fouten optreden.

Dit pijnpunt is meegenomen in het rapport. De quantumcomputer van miljoenen qubits is alleen krachtig genoeg voor de cryptografische kraak als de bouwers tegelijkertijd de error rate met een factor honderd weten te verlagen. De quantumgemeenschap vindt dat er geen reden is om aan te nemen dat dat niet kan lukken. De Israëlische wiskundige Gil Kalai, een van de weinige serieus te nemen openlijke quantumsceptici, stelt dat het simpelweg onmogelijk is.

Terzijde: Microsoft werkt met Qutech aan quantumcomputers op basis van het buitengewoon stabiele majoranadeeltje, die nauwelijks last hebben van fouten. Dat zou een gamechanger kunnen zijn, maar dit onderzoek loopt mijlenver achter op de huidige quantumtechnologie.

Nu is het kraken van RSA-achtige sleutels een van de pittigste rekenklussen die je kunt bedenken. Er zijn problemen waar klassieke computers zich op stukbijten, maar waar een quantumcomputer met substantieel minder dan miljoenen qubits uitkomst biedt. Het zal zelfs niet eens zo lang duren voordat de grens van quantumsuprematie wordt geslecht. Alleen zal dat met weinig relevante problemen zijn.

Persoonlijk zou ik daarom voorzichtig zijn met het opblazen van de quantumballon. Er komt een punt waarop het uitblijven van tot de verbeelding sprekende resultaten tegen je gaat werken. En als de quantumcomputer zijn marketingwaarde verliest, zouden techbedrijven hem op een gegeven moment kunnen inruilen voor the next big thing. Zouden overheden daarna nog steeds staan te trappelen om het onderzoek financieren?