Ik zit mij, op het vliegveld, langzaam op te vreten nadat de zoveelste vertraging is aangekondigd. Ik verveel me kapot en denk na over manieren om luchtvaartmaatschappijen te vernietigen. Best lastig, dat nadenken, want ik word de laatste tijd steeds sneller afgeleid, en heb moeite om één gedachtelijn vast te houden. Nou las ik op Twitter dat dat komt door de continue barrage van iPhoneberichten, e-mails en ehh, Twitterfeeds. Gelukkig, niet mijn schuld dus, dacht ik, en skipte door naar het volgende Twitterbericht.

Kwantum… iets… zag ik in een ooghoek. Nog voor ik het bericht had gelezen, dacht ik aan De Kwantum (‘Daar woon je beter van’). Een van die retailgroepen die ongetwijfeld worstelt met online businessmodellen, 2-mode IT, legacy-systemen (plus organisatie) en de druk van de immer succesvolle Action-winkels.

Maar nee, het artikel bleek te gaan over het andere uiterste van ons universum: kwantumcomputers, kwantumencryptie en kwantumteleportatie. Kwantumcomputers, was dat niet de volgende generatie computers met oneindig grote rekenkracht, die onze hele maatschappij op haar kop gaat zetten?

Fysieke barrières

Dat blijkt genuanceerder te liggen. Kwantumcomputing maakt gebruik van kwantumverschijnselen om veel sneller te kunnen rekenen. Waarom willen we dit? Omdat we anders de Wet van Moore niet meer gaan halen. De ontwikkeling van silicon-chips dreigt binnen enkele jaren op onoverkomelijke fysieke barrières te gaan stuiten. De afstand tussen transistors kan immers niet minder dan één atoom worden, en daar komen ze akelig dicht bij in de buurt. Bovendien is het afvoeren van warmte een steeds groter probleem.

De oplossing zoeken sommigen daarom op het subatomaire niveau: de wereld van de kwantummechanica. ‘Maar, wat is kwantummechanica?’ Ehh, dat is echt een rotvraag. Om de Deense Nobelprijswinnaar Niels Bohr (1885-1962) te citeren: ‘Als je over kwantummechanica kunt praten zonder dat het je duizelt, heb je er niets van begrepen.’

En vrij naar Wikipedia: In de kwantumtheorie variëren natuurkundige grootheden stapsgewijs (met 1 kwantum tegelijk) en is er geen waarnemer-onafhankelijke werkelijkheid. Het product van de onnauwkeurigheden van de gelijktijdige metingen van twee grootheden (bijvoorbeeld plaats en impuls) heeft volgens de onzekerheidsrelatie van Heisenberg een minimale waarde. Is de ene grootheid gemeten, dan is de andere onvermijdelijk geheel onbepaald en onbepaalbaar.

De kwantummechanica doet slechts statistische uitspraken over een reeks van waarnemingen. Dat heeft tot gevolg dat het gedrag van een individueel elementair deeltje slechts in termen van waarschijnlijkheid kan worden beschreven. Volgens een bepaalde zienswijze bestaan deeltjes niet eens, totdat er een waarneming plaatsvindt.

Praktische toepassingen

Duizelt het je al? Mij wel. Maar ik ben eigenlijk meer geïnteresseerd in praktische toepassingen zoals kwantumcomputers. Die rekenen niet met bits (0 of 1) maar met qubits. Qubits (ook wel: quantum bits) kunnen tegelijk 0 en 1 zijn en daarom veel meer berekeningen tegelijk uitvoeren. De kwantumcomputer met genoeg qubits kan vrijwel ‘ineens’ een complex systeem doorrekenen. Niet zo gek dat grote bedrijven als Google en Microsoft miljarden investeren in onderzoek.

Kwantumcomputers zijn geweldig voor specifieke (meestal wetenschappelijke) toepassingen, maar niet voor ‘normale’ toepassingen, zoals een boekhoudpakket gebruiken, een HD-film bekijken of een game spelen. Typische toepassingen waar kwantumcomputers voordeel zullen behalen? Complexe chaotische systemen zoals het weer doorrekenen, de beurskoersen voorspellen, toepassing in moleculaire geneeskunde én (waarom Google zoveel investeert): artifical intelligence.

Ook moet er specifieke software en algoritmes worden geschreven voor deze manier van rekenen. De toekomst zal daarom waarschijnlijk hybride zijn, met kwantumprocessoren voor specifieke taken en klassieke processoren voor andere. Overigens maar goed dat het nog niet zo hard gaat want de eerste bezitter van een volwaardige kwantumcomputer met veel qubits kan vrij eenvoudig de standaard-
encryptie kraken en daarmee een deel van de maatschappij ontregelen.

Teleportatie

Gelukkig is er ook zoiets als kwantumcommunicatie waarmee je geheel veilig kan communiceren door gebruik te maken van entanglement. Ook een ingewikkeld verhaal om uit te leggen. Einstein vond het zo ingewikkeld dat hij het ‘spooky action at a distance’ noemde. Deze spooky action blijkt echter te werken, ook op héél grote afstanden. China heeft op deze wijze gecommuniceerd met een satelliet op 1.400 kilometer van het grondstation. Het begin van een kwantum-internet lijkt gelegd.

Kwantumteleportatie, ten slotte, is een manier om informatie te ‘klonen’ van de ene naar de andere locatie. Eigenlijk een verkeerde naam, want er wordt alleen informatie uitgewisseld, geen fysieke elementen. Kwantumteleportatie heeft overigens als bijverschijnsel dat het origineel vernietigd wordt.

Verder vertraagd

Mijn vlucht is verder vertraagd en mijn hersenen nemen een loopje met me. Ik fantaseer over een mogelijke nabije toekomst. Kwantumcomputers voorspellen vrijwel exact het weer op mijn vakantieadres, drie jaar vooruit, evenals de beurskoersen. Wachttijden op het vliegveld zijn weliswaar voorbij, maar de kwantumcomputers adviseren om vooral niet in luchtvaartmaatschappijen te investeren nu wetenschappers zover zijn dat ze levende objecten kunnen teleporteren naar elk punt in het universum.

Maarten heeft zich aangemeld om als eerste mens op aarde deze verbinding te testen tussen Amsterdam en New York maar wordt nog tegengehouden door ontbrekende wetgeving omtrent teleportatie. De wetgevers worstelen met drie vraagstukken:

1. Als Maarten geteleporteerd wordt naar een andere plek op aarde, wordt feitelijk een kloon gecreëerd op een andere plek, en de oorspronkelijke versie vernietigd. Is hier sprake van (zelf)moord op de oorspronkelijke Maarten, of is Maarten enkel verplaatst? Complicerende factor is het voorspelde ontbreken van een lijk van de oorspronkelijke Maarten.

2. Is de kloon van Maarten, Maarten? Geldt voor hem dezelfde geboorteplaats, of is de locatie waar hij is heengezonden/gecreëerd zijn geboorteplaats? Om elke twijfel uit te sluiten dient de ‘nieuwe’ Maarten sowieso een paspoort aan te vragen in het dichtstbijzijnde consulaat op de plaats van bestemming.

3. Als tijdens het transport van de (kwantum)informatie over Maarten per ongeluk iemand kijkt, zal de uiteindelijke Maarten onvoorspelbare veranderingen zijn ondergaan, met mogelijk fatale gevolgen. Wie is hier aansprakelijk, en dekt de reisverzekering dit?

Dagdroom

Een galmende damesstem onderbreekt mijn dagdroom omdat mijn vlucht eindelijk gereed is om te vertrekken. Ik slaak een zucht van verlichting en ben plotseling weer heel blij met mijn aloude, soms wat trage, maar erg stabiele luchtvaartmaatschappij.