Er is steeds meer aandacht voor het fenomeen kwantumcomputers. De mogelijkheden zijn eindeloos, maar er zijn nog aanzienlijke drempels te overwinnen. Wanneer merken we het effect van kwantumcomputers op het bedrijfsleven? Uit recent onderzoek van BCG blijkt dat we het antwoord misschien wel sneller kunnen verwachten dan we denken.

De kracht van een kwantumcomputer is gebaseerd op een fundamenteel andere technologie dan de bekende, binaire computers die op booleaanse logica zijn gebaseerd.

Er zijn drie essentiële verschillen ten opzichte van traditionele binaire computers. Het eerste heeft te maken met de gebruikte bits. Binaire computers gebruiken binaire bits; alles is gebaseerd op enen en nullen, of ook wel: aan en uit. Het is te vergelijken met een lichtknopje dat ook maar twee standen kent. Qubits (kwantumbits) daarentegen kunnen tegelijkertijd zowel 1 als 0 zijn, oftewel op hetzelfde moment aan en uit.

Het lichtknopje is veranderd in een dimmer die in theorie over een oneindig aantal instellingen beschikt. Qubits gaan over mogelijkheden en kans, niet over zwart-witzekerheden. Dit biedt aanzienlijk nieuwe mogelijkheden, maar introduceert ook nieuwe substantiële problemen (hieronder meer).

Het tweede verschil is dat binaire computers al die enen en nullen gescheiden houden, anders werkt de computer niet. Kwantumcomputers werken juist mét aan elkaar gekoppelde qubits: manipuleer één qubit en de rest van de gekoppelde qubits wordt ook gemanipuleerd. Oftewel: aan één lichtdimmer draaien heeft meteen invloed op alle andere dimmers in de kamer, en zelfs het hele huis. Hier halen kwantumcomputers hun superieure berekeningsvermogen vandaan.

Het derde verschil is de manier waarop kwantumcomputers werken. Binaire computers kunnen enorme aantallen wiskundige berekeningen uitvoeren, maar wel in een bepaalde volgorde. Een kwantumcomputer rekent alle mogelijke resultaten tegelijkertijd uit en bepaalt uiteindelijk een mogelijk correct antwoord door middel van constructieve interferentie: foute antwoorden worden ‘opgeheven’.

Wanneer kunnen we van qubits profiteren?

Om kwantumcomputers geschikt te maken voor zakelijke toepassingen moet aan twee primaire voorwaarden worden voldaan: processors met voldoende qubits om kwantumberekeningen uit te voeren en kwantumalgoritmen die het wiskundige probleem oplossen dat aan de toepassing ten grondslag ligt.

Een aantal van die algoritmen, in sectoren zoals cryptografie en machine-learning, bestaat al, maar we bevinden ons op dit moment nog in een pril stadium. Er wordt actief gewerkt aan de ontwikkeling van de processors; aankondigingen van processors met steeds meer vermogen volgen elkaar in toenemend tempo op.

“We verwachten een aanzienlijke versnelling na ongeveer 2030”

De technologische uitdaging is dat we voor het oplossen van specifieke problemen met behulp van kwantumalgoritmen voldoende kwantumcomputervermogen nodig hebben. Dit vermogen wordt bepaald door het aantal logische qubits (enigszins vergelijkbaar met de hoeveelheid bits en geheugen in een traditionele processor) en het veel hogere aantal fysieke qubits dat is benodigd voor het verwerken van foutcorrecties.

Waar we nu staan is vergelijkbaar met het punt waar de eerste ontwikkelingen op het gebied van binaire computers begonnen: mechanische computers, vacuümbuizen en halfgeleiders streden met elkaar om hét platform voor binaire computers te worden, met halfgeleiders als de uiteindelijke winnaar.

Vandaag de dag zien we verschillende kwantumcomputer-technologieën wedijveren, zoals platformen met supergeleiders, ‘trapped ions’ en halfgeleiders. Om te schetsen hoe snel de markt voor elk van deze platformen groeit, hebben we een schatting gemaakt wanneer kwantumcomputers van verschillende grootte via de verschillende platformen naar verwachting beschikbaar zullen zijn.

We namen hiervoor de huidige mogelijkheden van de verschillende technologieën en pasten het equivalent van de Wet van Moore toe (het aantal fysieke qubits verdubbelt circa elke 24 maanden). Experts in de technologieplatformen beschouwen dit als een redelijke aanname, gezien de schaalbaarheid van de onderliggende hardware.

Voor elke kwantumtechnologie hebben we vervolgens gekeken naar zowel het aantal fysieke qubits dat tot op heden is gerealiseerd als naar het vermogen voor foutcorrecties dat is vereist om een logische qubit uit meerdere fysieke qubits te creëren.

We verwachten voor de komende tien jaar continue voortgang op het gebied van kwantumcomputers, gevolgd door een aanzienlijke versnelling na ongeveer 2030.

Sommige toepassingen zijn dichterbij dan we denken

Hoewel we pas over tien jaar echt zullen ontdekken waar de grootste potentie van kwantumcomputers ligt, raden wij leidende bedrijven aan de eerste ontwikkelingsgeneratie aandachtig te volgen, vooral in de komende paar jaar. Gedurende deze periode verwachten we dat bedrijven in bijvoorbeeld de chemiesector gaan experimenteren met beperkte toepassingen voor kwantumcomputers voor het modelleren van relatief eenvoudige moleculen en in gespecialiseerde optimalisaties. Deze bedrijven zullen zich in de praktijk bekwamen op het gebied van methoden en hulpmiddelen voor kwantumcomputers.

IBM en Microsoft werken beide aan de ontwikkeling van kwantumcomputingcommunity’s, simulatoren voor kwantumcomputers en eenvoudig te gebruiken hulpmiddelen waarmee ontwikkelaars kennis kunnen maken met kwantumverwerkingstechnieken.

Naarmate kwantum-algoritmen, programmeertalen en cloudservices voor kwantumprocessors meer ter beschikking komen, zullen ontwikkelaars ze geleidelijk in softwareoplossingen toepassen. Er zullen hybride computersystemen ontstaan waarin klassieke benaderingen en kwantumtoepassingen zijn gecombineerd.

Deze leerperiode is essentieel voor toenemende bekendheid en ervaring, waarna adoptie snel kan gaan, zodra in bepaalde velden superieure resultaten met behulp van kwantumcomputers worden gehaald. In eerste instantie verwachten we dit voor specifieke probleemklassen met betrekking tot natuurkundige modellen (bijvoorbeeld modellen van moleculen en chemische interacties) en in ‘benaderings/trial-and-error’-type problemen (zoals optimalisatie van routes).

“Bedrijven die nu met kwantumcomputers kennismaken, hebben straks een voorsprong”

De huidige kwantumcomputers bevinden zich in een zeer prille ontwikkelingsfase. Zodra de technische haalbaarheid daar is, verwachten we een S-curve in adoptie, zoals we dat eerder ook al bij andere geavanceerde technologieën hebben gezien. De inzet in applicaties zal afhangen van de mate waarin kwantumverwerking voordeel biedt en de volwassenheid van de algoritmen die voor het oplossen van problemen worden gebruikt.

Over het algemeen voorzien we een substantiële markt voor kwantumcomputers (2 miljard dollar in 2035 tot 260 miljard dollar in 2050), maar de timing kan nog ruim variëren; dit hangt af van het moment waarop de kritieke technische mijlpalen worden bereikt waarmee de berekeningscapaciteit vrijkomt die is vereist voor bedrijfsmatige toepassingen.

Waarom kwantumcomputers nu al belangrijk zijn

Voor bedrijven die zich bezighouden met het verwerken van zeer grote hoeveelheden data en bedrijven in branches waarin simulaties van complexe, realistische functies of optimalisaties moeten kunnen worden uitgevoerd, is het nuttig om nu alvast bij deze geavanceerde technologie betrokken te raken.

Dit staat los van inspanningen op het gebied van geavanceerde gegevensanalyse, kunstmatige intelligentie en ‘machine-learning’, en is gericht op het bevorderen van kwantumwiskunde om in de nabije toekomst specifieke problemen binnen een bedrijf op te kunnen lossen.

Een goede eerste stap zijn initiatieven om meer over kwantum-algoritmen te leren en ervaring op te doen met het gebruik van kwantumcomputer-platformen en hulpmiddelen die door IBM, Microsoft en andere bedrijven worden aangeboden. Bedrijven kunnen ook overwegen wetenschappelijk onderzoek naar kwantumtoepassingen voor hun specifieke zakelijke problemen te sponsoren.

Kwantumcomputing maakt nu een snelle opmars vanuit de onderzoekslaboratoria naar het leveren van praktische toepassingen. De technologie heeft de potentie om de komende tien jaar heel veel waarde voor bedrijven te realiseren.

Bedrijven die de technologie denken te kunnen toepassen moeten nu beginnen met het opbouwen van interne kennis en kunde, om te profiteren van het wonderlijke maar ontzagwekkende computervermogen van kwantumprocessors. Net als met andere geavanceerde technologieën, zoals kunstmatige intelligentie en machine-learning, hebben de bedrijven die in een vroeg stadium van kwantumcomputers kunnen profiteren straks een aanzienlijke voorsprong.

Door Massimo Russo, Anant Thaker, Suhare Adam, Renji John en Marc Schuuring, alle werkzaam bij Boston Consulting Group

LAAT EEN REACTIE ACHTER

Laat alsjeblieft een reactie achter!
Laat hier je naam achter