Over kwantumcomputers, die niet met bits rekenen maar met zogeheten kwantumbits of qubits, worden de wildste verhalen verteld. Ze zouden de huidige supercomputers (die nog steeds volgens het klassieke procedé rekenen) reduceren tot een telraam. En ze zouden vraagstukken die nu volstrekt onoplosbaar zijn, in een mum van tijd afhaspelen.
Maar een kwantumcomputer rekent niet per definitie sneller dan een klassieke computer, wel anders. Dat wil zeggen: hij voert berekeningen op een heel andere manier uit, die grotendeels bepaald wordt door de software die erop draait. Software die bestaat uit zogenaamde kwantumalgoritmen.
Een kwantumcomputer kan bijvoorbeeld een complex microscopisch systeem – zoals een molecule opgebouwd uit atoomkernen en elektronen – simpelweg ‘uitrekenen’. Dit wil zeggen: hij simuleert dan voor elk van de betrokken deeltjes (de atoomkernen en de individuele elektronen) hoe ze zich gedragen onder invloed van de fundamentele natuurkrachten. Of beter: hoe hun overeenkomstige kwantummechanische golfvergelijkingen zich gedragen. Klassieke computers kunnen dit niet, maar omdat kwantumcomputers zélf uit kwantumdeeltjes bestaan, kunnen zij dit wél.
Maar daar hebben ze dus een passend kwantumalgoritme voor nodig. Japanse fysici¹ melden nu dat ze zo’n algoritme hebben ontworpen. Ze slaagden erin de golfvergelijkingen voor de betrokken deeltjes van een chemische reactie (die uiteindelijk leidt tot een moleculaire verbinding) zo te coderen dat ze beheersbaar is en kan worden uitgerekend – zij het dus op een kwantumcomputer. Daardoor ‘ontploft’ de berekening niet (door de vele betrokken deeltjes) en leidt ze tot een nuttig numeriek resultaat.
Met een kwantumcomputer kunnen chemici in de toekomst verbindingen simuleren, in plaats van deze te maken in het lab om zo de eigenschappen te achterhalen
Helaas is het nog wachten op een kwantumcomputer met voldoende qubits om het nieuwe algoritme op te laten draaien. Computerreuzen zoals IBM, Google en Microsoft zijn intussen in een race verwikkeld om als eerste een werkende kwantumcomputer te bouwen, maar vooralsnog is geen van de bedrijven dat gelukt.
Met een kwantumcomputer kunnen chemici in de toekomst verbindingen simuleren, in plaats van deze te maken in het lab om zo de eigenschappen te achterhalen. Dit zou onder andere een enorme boost geven aan het farmaceutische onderzoek, waar continu naar nieuwe moleculen wordt gezocht voor nieuwe medicijnen.
Noten
Alan Aspuru-Guzik, Osaka University, Japan in ACS Central Science
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.