Nederlands tijdschrift voor natuurkunde

Quantumcomputers: hoe en wanneer?

Ronald Hanson, Floris Arnoud Zwanenburg

Published Jun 1, 2014• 0 citations

Abstract

Door gebruik te maken van superpositie en verstrengeling kunnen quantumcomputers en quantumnetwerken taken verrichten die met de huidige ICT gebaseerd op ‘klassieke’ bits niet mogelijk zijn. Maar hoe maak je eigenlijk een quantumcomputer? Is er maar een manier? En wat zijn de fysische bouwstenen? In dit artikel geven we een overzicht van architecturen van een quantumcomputer en van mogelijke implementaties, beschrijven we de state-of-the-art en speculeren we wanneer de eerste quantumcomputer het licht zal zien.

Related papers

Het PQC-migratie handboek : Richtlijnen voor het migreren naar post-quantumcryptografie

Dit handboek ondersteunt organisaties met concrete stappen en advies om de dreiging van quantumcomputersvoor cryptografie te beperken. Het moment waarop quantumcomputers een dreiging zullen vormenvoor momenteel gebruikte cryptografie is onvoorspelbaar. Toch moeten bepaalde organisaties nu al aan oplossingenwerken vanwege het risico dat quantumcomputers met zich meebrengen. Bijvoorbeeld organisatiesdie data verwerken die zelfs over 20 jaar nog vertrouwelijk moeten blijven of die systemen met een langelevensduur ontwikkelen. De meest veelbelovende oplossing is de zogenaamde post-quantumcryptografie(PQC). PQC kan draaien op nagenoeg dezelfde systemen die nu in gebruik zijn en is veilig tegen quantumcomputers.Migreren naar PQC kost echter bijzonder veel tijd en middelen. Afgaande op eerdere migratieskan dit ruim meer dan vijf jaar in beslag nemen.Organisaties dienen daarom nu al te beginnen zich op de quantum-dreiging voor te bereiden. Als eersteno-regret move zou elke organisatie al een PQC-diagnose moeten uitvoeren. Deze eerste stap is bedoeld omte bepalen welke houding een organisatie moet aannemen op basis van het soort gegevens dat ze verwerkten haar risico-oppervlak. Verder is het aan te raden een inventarisatie te maken van alle gebruikte cryptografischetechnieken, van de data die ze beschermen en van wie deze assets beheert. Alleen dan kan eenorganisatie de mate van urgentie correct inschatten. Deze inventarisatie verkleint later ook het risico op eenoverhaaste, foutgevoelige migratie die in de toekomst onnodige kosten en risico's met zich zou meebrengen.Het is voor elke organisatie nuttig om een dergelijke inventarisatie te maken en up-to-date te houden, aangezienelke organisatie vroeg of laat zal moeten migreren.Na deze eerste stap richt het handboek zich tot de zogenaamde urgente adopters, organisaties die daadwerkelijkzo snel mogelijk met de migratie moeten starten omdat ze anders over twintig jaar onaanvaardbarerisico's lopen. De volgende twee stappen van de migratie bestaan uit het plannen en het uitvoeren van demigratie. In de planningsfase is het belangrijk om een speciaal team te vormen om de migratie uit te voerenen ervoor te zorgen dat er bedrijfsprocessen actief zijn om de migratie soepel te laten verlopen. Vanuittechnisch oogpunt kunnen organisaties PQC op verschillende manieren implementeren. Voor momenteelgebruikte systemen is mogelijk niet elke PQC-oplossing geschikt. Dit handboek geeft concrete handvattenvoor het kiezen van een geschikte implementatiestrategie voor PQC, afhankelijk van de functionaliteitendie de organisatie levert of beheert. Dit kan betekenen dat een organisatie nieuwe hardware moet kopen ofmoet overstappen op nieuwe leveranciers die de juiste PQC-oplossingen ondersteunen.Ten slotte moet de organisatie dit plan uitvoeren. Het is van groot belang daarbij voorzichtig te werk te gaanom geen nieuwe risico's te introduceren. Dit handboek bevat richtlijnen voor het migreren van verschillendesoorten cryptografie op basis van de strategieën die in de planningsfase zijn gekozen. Bovendien is het nietonwaarschijnlijk dat er de komende jaren nieuwe kwetsbaarheden in de PQC-oplossingen worden ontdekt.Daarom is het belangrijk om cryptographic agility in gedachten te houden. Met cryptographic agility kan eenorganisatie gemakkelijk geïmplementeerde cryptografische primitieven aanpassen of vervangen zonder datdit de processen van organisaties bovenmatig verstoort. Dit is vooral belangrijk wanneer wanneer er er nieuweverbeteringen of kwetsbaarheden in protocollen worden ontdekt.

Jan 1, 20230 citations

Regulering van quantumtechnologie

B.H.M. Custers

Momenteel gaat veel aandacht uit naar de regulering van AI, maar achter de horizon ligt al een nieuwe technologie te wachten: quantumtechnologie.Quantumsensoren, quantum computing en quantum com mu ni catie zijn volop in ontwikkeling en sommige toepassingen vinden al hun weg naar de praktijk.Deze nieuwe technologie kan een enorme bijdrage leveren aan de wetenschap en maatschappij, bijvoorbeeld door extreem nauwkeurige sensoren, door rekenkracht die biljoenen keren sneller is dan conven tionele (elektronische) computers en door zeer snelle en veilige communicatienetwerken.Naast deze kansen zijn er ook risico's die wellicht vragen om regulering.In deze bijdrage wordt ingegaan op de vraag in hoeverre quantum techno logie (nu al) regulering behoeft.1 Inleiding Kunstmatige intelligentie (AI) is momenteel een hype en in veel landen gaan er enorme onderzoeksbudgetten naar AI-onderzoek. 1 De ontwikkelingen rondom generatieve AI, zoals ChatGPT, zijn verbluffend.Maar terwijl iedereen het heeft over AI, dienen zich alweer nieuwe technologieën aan.Iets meer op de achtergrond (althans in de media) zijn de ontwikkelingen op het gebied van quantum techno logie, waarop de aflopen jaren veel vooruitgang is geboekt.Op het terrein van quantum sen soren en quantumcom mu ni catie zijn de eerste toepassingen reeds in gebruik.Quantum computing, een andere grote belofte in dit domein, kan naar verwachting in 5-10 jaar in de praktijk worden gebruikt.2 Hoewel quantum com pu ters momenteel nog niet praktisch toegepast kunnen worden, dragen ze de belofte van enorme rekenkracht.Ze kunnen biljoenen keren sneller rekenen dan conven tionele (elektronische) computers.Quantum com pu ters zouden een trendbreuk zijn in de beroemde Wet van Moore die stelt dat de rekenkracht op microchips elk jaar ruwweg verdubbelt.3 Wetenschappers kunnen hiermee steeds grotere hoeveelheden data analyseren,

Apr 1, 20260 citations

Quantum rekenen: Quantumcomputers en qubits

Bas Hensen, Ronald Hanson

De quantum computer is een computer gebaseerd op quantum bits, kortweg qubits. Dat zijn bits die fysiek gemaakt zijn van quantum systemen, met de speciale eigenschap dat ze in een superpositie tussen twee toestanden kunnen zijn.

Jan 31, 20130 citations

Physics-inspired solutions to computationally hard problems : advances in photonic quantum computing and ising machines

Robbe De Prins

Deze PhD onderzoekt gespecialiseerde hardware om computationeel moeilijke problemen efficiënter op te lossen. Het werk richt zich op twee veelbelovende technologieën: fotonische kwantumcomputers en Ising-machines. Beide systemen verankeren computationele taken direct in hun dynamica, waardoor hun natuurlijke evolutie deze taken oplost. Deze vormen van rekenen bieden energiezuinige en schaalbare alternatieven voor traditionele digitale hardware. Het eerste deel draagt bij aan fotonische kwantumcomputing door efficiëntere klassieke algoritmen te ontwikkelen die realistische simulaties en optimalisaties mogelijk maken van lineaire optische circuits met fotonenteldetectoren. Dergelijke circuits worden gebruikt om niet-Gaussische kwantumtoestanden te genereren, zoals GKP-toestanden, die bijvoorbeeld dienen als bouwstenen voor universele kwantumcomputers. Verder introduceren we recurrente Gaussische kwantumnetwerken die tijdreeksen van kwantumtoestanden kunnen verwerken en beter presteren op diverse kwantummechanische communicatietaken. Het tweede deel onderzoekt analoge Ising-machines om combinatorische optimalisatieproblemen op te lossen. Dergelijke problemen zijn alomtegenwoordig in wetenschap en industrie. We identificeren een superieure methode om de verhoudingen tussen interne interacties en externe velden beter te beheersen, een prestatiebepalende balans die vaak ontbreekt in analoge Ising-machines. We breiden deze conclusies uit naar hogere-orde Ising-machines, die bijzonder geschikt zijn voor industrieel relevante ‘vervulbaarheidsproblemen’. Tot slot stellen we een efficiëntere manier voor om Max-3-Cut-problemen in Ising-machines te representeren, wat hun oplossingsprestaties verhoogt.

Jan 1, 20260 citations

Kwantumberekening : research and review article

Johannes Heidema, Petrus H. Potgieter, Willem L. Fouché

Daar is geen gebrek aan dekking in die laaste paar jaar in wetenskaplike joernale van die onderwerp van kwantumberekening nie. Tereg ook, want dit is 'n nuwe idee met - tot sover- minstens een baie belangrike praktiese toepassing (ontbinding in priemfaktore) sodra die tegnologie redelik omvattende berekenings kan hanteer. Die belangstelling in kwantumverwerking is aangevuur deur beide die besef dat die toenemende miniaturisering noodwendig rekenaarwetenskaplikes met kwantumverskynsels sal konfronteer, en deur die begryp van die potensiaal van massief parallelle verwerking deur die gebruik maak van die Hilbert-ruimtevoorstelling van kwantumstelsels en die spesiale eienskappe van kwantumverstrengeling. Die onderwerp le by die sameloop van fisika, rekenaarwetenskap en wiskunde en hierdie bydrae verken die idees van die drie gebiede wat die belangrikste rol in kwantumberekening speel en besin oor die definisies van en die waarskynlike gebruik vir kwantumverwerking asook sy verhouding tot die klassieke berekeningskompleksiteit. Ten slotte word 'n uitgebreide geannoteerde bibliografie verskaf as gids vir die geinteresseerde leser tot die literatuur in die onderwerp. End Quantum computing There has been no lack of coverage in the past few years in scientific journals of the topic of quantum computation. Rightly so, as this is a novel idea with-so far-at least one very important practical application (prime factorisation) as soon as the technology can accommodate reasonably sized computations. Interest in quantum computing has been sparked by both the realization that increasing miniaturisation will eventually bring computer scientists face-to-face with quantum effects, and by the grasping of the potential for massive parallelism inherent in the Hilbert space representation of quantum systems and in the special effects of quantum entanglement. The topic lies at the confluence of physics, computer science and mathematics and this contribution reviews the ideas from these three fields that play the most important role in quantum computation and reflects on the definitions of and prospective use for quantum computing as well as its relation to classical computational complexity. Finally, an extended annotated bibliography is provided as a guide for the interested reader to the literature in the subject. End

Suid-Afrikaanse Tydskrif vir Natuurwetenskap en TegnologieSep 1, 20050 citations

Quantumtechnologie: impact verzekerd

M. Dekker

Opkomst van technologie geeft altijd aanleiding tot nieuwe mogelijkheden, businessmodellen en toepassingen. We hebben dit gezien bij de opkomst van computers, van het Internet en van de mobiele telefoons. Sommige van deze toepassingen van technologische ontwikkelingen zijn vrij voorspelbaar, en anderen verrasten bestaande bedrijven en hun leiders. Een bekend voorbeeld van dat laatste is de opkomst van de iPhone, die door leiders van Microsoft werd afgedaan als een onzinnig apparaat omdat het geen fysiek toetsenbord heeft. De stormachtige ontwikkeling van de smartphone die volgde liet zien hoe mis zij het hadden.

Jun 1, 20230 citations