Gemeente Dentergem : Home

reportage
- 1 0 6 door R E N S L I E f v l A N
fotografie M A R K G R O E N E V E L D
Qii: i s d u s d i s
supEfcamputEr. TUJIEE
hits, KHuanlzumbitSr in
E E n c h i p . Qat: m o E t E n
E r u i t a i n d E l i j K bufintigr
hnndEfdr biljaenEn
EPilUDEPi
warden.
\
ESQUIRE.nl
>«,-2l)il
E
supercomputer
Met driehonderd qubks: twee tot de driehonderdste macht toestanden.
Die potentiële werksnelheid maakt het
hoofd wild. Onze wereld zit namelijk vol
met complexe rekenopdrachten. Enciyptie bijvoorbeeld, waarbij het draait om het
factoriseren (het getal uitrelcenen waarmee
vermenigvuldigd is) van het gegeven getal,
wat dan weer een optelsom is van twee gi'ote
priemgetallen. Elke bank in de wereld werkt
met enciyptie die op zo'n rekensom is gebaseerd. Een gewone computer kan die som
oplossen, maar heeft daar jai'en voor nodig.
Een kwantumcomputer zou het in één
minuut kunnen.
Andere toepassingen waar een kwantumcomputer geschikt voor zou zijn, omdat
je die met oneindig veel data en parameters kunt laten rekenen: ontwikkelen en
testen van vliegtuigsoftware, onderzoeken hoe verschillende proteïnen reageren op synthetische medicijnen, verbeteren
van zoekresultaten, route-optimalisatie van
een zelfrijdende auto; enfin, je snapt waarom de NSA, Google, de CIA en vliegtuigbouwer Lockheed Maitin allemaal investeren in
zo'n kwantumcomputer De D-Wave One is
gekocht door Lockheed Maitin; de D-Wave
Two door Google, samen met NASA. De
Amerikaanse veiligheidsdienst NSA is van
zins er eigenhandig een te bouwen - investering: 85 miljoen dollai'.
•-UJaue
Canada
ESQUIRE,nl
>H2014
matiedragers die de waai'de '1' óf'O' hebben.
Een kwantumcomputer werkt op kwantumbits, qubits. I n de kwantummechanica - daar
komen we zo op - kan een qubk tegelijk O
én 1 zijn, het verkeert dan in een zogenoemde superpositie. I n plaats van één voor één
kan de kwantumcomputer meerdere rekenopdrachten tegelijk uitvoeren. Dat is met
één qubk niet interessant, maar met twee
qubks aan elkaar 'verstrengeld' (vermoeien
we je niet mee, google gerust op 'kwantumverstrengeling') kun je een superpositie
creëren van vier toestanden: 00,01,10 en 11.
Kouwenhoven staat naast de 'open' opstelling. "We testen vier verschillende qubits. De
een is beter in opslag, de ander in vewerking
van data. Uiteindelijk moeten ze alle vier in
één computer samenwerken. Er komen in dit
lab nog vijf extra opstellingen om meer tests
Een vgi
opstelli
eenkw
tegelijkertijd uit te voeren, maar we kwamen
erachter dat de waterleiding, nodig voor de
koeling van de koeler, de waterdruk niet aankon. Een van de leidingen sprong en het lab
lagblank, ik moest de loodgieter bellen. Het
was een van die dagen dat het niet voelde alsof j e bezig was de wereld te veranderen.'
n
l sinds het begin van zijn afstuderen in 1986 werkt Kouwenhoven aan
kwantummechanica. H i j begi'ijpt
het nog steeds niet. Een troost: dat deed Einstein ook niet. Albert Einstein werkte begin
twintigste eeuw samen met collega-natuurkundige Max Planck aan Iwantummechanica, omdat de conventionele natuurkunde
weliswaar voor veel een verklaring had,
maar niet voor alles. Planck en Einstein stelden een verzameling regels op die vooraleerst moesten verklai'en hoe bepaalde
subatomische deeltjes, zoals fotonen en
elektronen, zich gedroegen. Daai'toe behoorde onder meer het principe van superpositie, waarbij een deeltje in meer dan één
toestand kan verkeren, totdat het 'waai'genomen' wordt en het kleur bekent (ja, dat vinden wij ook ingewikkeld, daarom hebben we
een en ander in drank uitgedrukt, zie kader
'De Kwantumbal-'). Uiteindelijk vond Ein-
••fyoEm h E b E E n p r p j E c b r
n D E m hEb
dE.^tart .uaci
E E n EijcTpErHi'
Maai- er is nog een partij druk doende met
de bouw van een kwantumcomputer, namelijk in Delft. De Nederlandse overheid draagt
vanaf dit jaai'jaarlijks vier miljoen euro bij
aan QuTech, een nieuw lab van de Technische Universiteit Delft voor de ontwikkeling
van kwantumcomputers. De TU doet daar
zelf elk jaar vijf miljoen euro bij. Eerder ontving het lab al vijftien miljoen euro uit een
Europees fonds. Dit is een ouderwetse wapenwedloop. Wie is in staat om als eerste de
wereld te veranderen?
In 1333 u j E r d c n m p u t E r f a b r i k a n b
• p g E r i c h h in E E n
k i E i n p i a a t s j E in
i i u a a r j E Huaarschijnlijt^i n n g n a n i t
c j E h n a r d u a n hEbfc. Hiafc h e e t
B u m a b y a n Ligb u l a h bij U a n c n u
UEHr a a n d a kUEBbhant u a n h a b
Land. U E E i i i E n j a a r l a b a r heeFt
h E b bEdrijF n n g E l E c h b E bu^'EE
c n m p u b E r s gEmaahb, mab
allEbEi E E n EigEn naam:
D-Wave One en D-Wave Two. Dat lijkt weinig, totdat duidelijk wordt wat het voor computers zijn (kwantumcomputers), wat ze
kosten (vijftien miljoen dollar per stuk) en
wat ze kunnen.
De kwantumcomputers zijn vernoemd
naai' het natuurkundige proces kwantummechanica, dat, ingezet in een computerchip, voor een weergaloze rekenkracht
zorgt. Een computer zoals je die nu kent, verwerkt data (rekent, zo je wilt) met bits, infor-
ge gestuurd. Bij een van de opstellingen is de
thermoskan open. Een imposant^,^neenschakeling van zilveren en goudeiiJ^j|^és,
pompen, filters en wai'mtewisseladtè wordt
zichtbaar Helemaal onderaan, nauwelijks te
zien, een chipje met daarin verwefkt Vijf qubits - vijf, ja, maai' dat moeten er miljoenen,
biljoenen worden. De kwantummechanische toestand van zo'n qubit is zó fragiel, dat
ze in atomische quarantaine gehouden moeten worden. Atomen van buiten mogen er
niet mee botsen. De opstelling wordt daai-om gekoeld, dat is het ritmische gezoem dat
zo goed hoorbaar is. Met mechanische bewegingen wordt gekoeld tot 3 gi-aden Keivin,
een helium-koelmachine brengt dat nog verder terug tot 10 milli-Kelvin. Voor wie niet
gewend is aan rekenen met Keivin: dat is min
273 gi'aden Celsius, een fractie boven het absolutie nulpunt. Kouder dan het in de ruimte
is. Vandaar de thermoskan.
stein - hij was er tot zijn laatste levensdag
mee bezig - kwantummechanica zó tegennatuurlijk, dat hij het als ofwel onjuist ofwel onvoUedigbestempelde. Zijn beroemde
slotnoot: 'I cannot believe that God plays dice
with the universe.'
Kouwenhoven: 'Waarop Stephan Hawking dan weer zei: "Not only does God play
dice but he sometimes throws them where they
cannot be seen." Weetje, ik vind juist berusting in het feit dat Einstein het niet helemaal
begi'eep. I k denk dat een kwantumcomputer ons zou kunnen helpen kwantummechanica te begi'ijpen. Daarmee zou een van de
belangi'ijkste wetenschappelijke vragen opgelost worden. Tot die tijd zie ik mijzelf als
Alberto Contador op een fiets: die begrijpt
weliswaar niet hoe het kan dat een mens zijn >
tl h
ll Isje nergens aan komt, magje
overal rondlopen,' zegt Leo KouI
I wenhoven als we hem op een
frisse voorjaarsdagbezoeken in zijn lab in
Delft. Verspreid over de ruimte hangen aan
het plafond negen 'thermoskannen', zogeheten dryfiidges: kwantumcomputers in the
making. Met koperen draden wordt de data
daai'uit naar het kantoortje op de eerste eta-
./;»«• 2014
ESQUIRE.nl
reportag
Een wiskundige
rormule over de
en|tcjie van een
supercomputer
De D-Wave
Twcp in Burnaby,
verborgen in een
zwarteljox.
m
De binneriKanl van de
D-Wave Two.
DE K W A N T U M B A R
Kwantiwin/eckaiiica is maar ingewikkeld,
nietwaar?Daciro»! een handzame simulatie die een en ander wellicht wat meer tot de
verbeelding laaf spreken:
• Kwamtummechanica geldt voor de allerkleinste deeltjes, maar stel je je voor het
gemak even voor dat het in onze normale
mensenwereld gewoon zichtbaar is.
» Stel je voorts voor dat Escjuii'e een eigen
kroeg heeft die volledig afgesloten is von
de buitenwereld (hartstikkespe«/ie«,sn).
O p dat moment verkeert de kroeg in een
superpositie: het kan een whiskybor zijn,
een gin&tonic-bar, een rum&sigaren-bor
en een bruin biercafé tegelijk zijn.
» O p het moment dat jij de deur opendoet,
komt de bar in aanraking met de buitenwereld (botsen onze otomische deeltjes met andere atomen) en wordt die
een van de genoemde bars (hij is uit de
superpositie).
> De volgende avond kom je weer terug en
op het moment dat je de deur opendoet,
is het een heel andere bar. Of gewoon
dezelfde ais gisteren. Gezellig is het er in
ieder geval.
I
n decembei- 2011 vloog Kouwenhoven
naar Los Angeles. Twee keer per jaar heeft
hij in Santa Barbai-a een bijeenkomst met
onderzoekers van Microsoft, dat de onderzoeksgi-oep in Delft steunt met kennis en
geld. Kouwenhoven was optimistisch over
de bouw van een kwantumcomputer, maar
steeds vaker kwam ookde twijfel of dat optimisme wel terecht was. Met zijn team boekte
hij redelijke vooruitgang met een paar qubits op een chip, maar Kouwenhoven maakte
zich zorgen over defi-agieletoestand ervan.
Hoe meer qubits, hoe fragieler het systeem,
zo ondei-vond hij. En er zouden uiteindelijk
niet een paar, maar duizenden, miljoenen,
biljoenen qubits in een circuit samen moeten
werken - onhoudbaar
Met die zorgen nam Kouwenhoven
plaats aan de tafel in de vergaderruimte bij
Microsoft. De softwarefabrikant had ook
een Australische theoreticus uitgenodigd
die juist het tegenovergestelde beweerde.
Kouwenhoven: 'Hij presenteerde een theorie waarbij qubits, mits op een bepaalde
manier geplaatst in een bepaald elektronisch
circuit, elkaar juist konden versterken. Hoe
meer qubits, hoe sterker, dus. Toen ik dat
hoorde, had ik mijn eureka-moment.'
Dat moment was zo belangi-ijk, omdat
Kouwenhoven en zijn team 'maar wat zaten te freewheelen'. Met deze architectuur,
die in de basis niet meer aangepast hoeft te
worden, welke ontdekkingen ook nog zullen volgen, kan Kouwenhoven planmatig en gestructureerd met zijn team werken
naai- het doel: een prototype chip in 2020
die werkt en schaalbaar is naar een gi-otere kwantumcomputer (tot twintig, honderd,
miljoenen gub(ts).
ESQUIRE.nl
jimi
20U
Een paar maanden later, voorjaar 2012,
was er in Delft een nieuwe milestone, een
internationale doorbraak zelfs in de kwantummechica. Kouwenhoven ontdekte het
majoranadeeltje. Tot die tijd was dat deeltje
niet meer dan een wiskundige formule, een
voorspelling. Met die formule, als zodanig
opgeschreven in 1937 door de Italiaansetheoretisch natuurkundige Ettore Majorana, verklaarden we voor het gemak alles wat we niet
begi-epen (de 'donkere materie' bijvoorbeeld,
de onverklaarbare massa in het universum).
Maar niemand had ooit het deeltje daadwerkelijk waargenomen.
Het team van Kouwenhoven had een chip
ontworpen waarop elektronen zich kwantummechanisch zouden gedragen. I n elektronische metingen dook het majoranadeeltje op.
Die ontdekl^ingwas baanbrekend. Het werd
het covei-verhaal van het Amerikaanse wetenschappelijke vakblad Science en Kouwenhoven werd genoemd als kanshebber voor de
Nobelprijs. Die kreeghij niet, maar een nominatie ligt nog altijd in het verschiet.
o'n thermoskan aan
het plafond waarin het bijna driehonderd gi-aden vriest,
lijkt in de verste verte nog niet op
de compacte desktop-pc zoals we die
nu kennen. Dat is geen probleem, huidige
computers volstaan voorlopig prima voor
dat beetje mailen, tekstverwerken, videobewerken en Facebooken wat w i j doen. Voor
de complexere rekensommen is-ie echter
te langzaam. En hoewel computers nog een
aantal jaren sneller kunnen en zullen worden, is er in de wijze waarop computers op
dit moment worden gebouwd eengi-ens in
zicht. Daarmee zal ook een gi-ens worden
bereikt in zaken als medicijnontwikkeling,
energiewinning, voedselproductie, veivoer,
beveiliging, kunstmatige intelligentie, en ga
zo maai- door
'Noem het een project, noem het de start
van een tijdperk,' mijmert Kouwenhoven,
tei-wijl hij door het lab loopt. Aan de verschillende opstellingen werken verschillende teams van promovendi die in het lab
sleutelen of boven in het kantoortje metingen analyseren. Ze worden aangevoerd
door Kouwenhoven en zijn vier collegaonderzoekers Carlo Beenakker, Ronald Han-
• E uintding was
sa
baanbrEHïEnd, dab
h n u k U E n h n u E n u/ard g E n n E m d
E L E HianEhabbEr
u n n r d E lUnbElprijE
son, Leo DiCarlo en Lieven Vandersypen.
Niemand weet hoe ze het moeten noemen
waai-aan ze zo hard werken. Allemaal realiseren ze zich wel dat ze met iets bezig zijn
wat gi-ote impact op de wereld gaat hebben.
e kwantumcomputer (de potentie
daai-van althans) is een antwoord geworden dat nog een vraag zoekt. Er
zijn nog maar een paai- algoritmes bedacht
om een kwantumcomputer nuttig aan het
werk te zetten. I n een promotiefilmpje van
Google (dat overigens volgens een hardnekkig gerucht geen D -Wave Two gekócht heeft
maar gekregen, zodat D-Wave tegenover in-
Dl
juniim
vesteerders goede sier kan maken) wordt
de kwantumcomputer gebracht als het antwoord op alles. De studenten in Delft lachen
daar om. Christian Dickel, 25 jaar, afkomstig uit Aachen, Duitsland: 'Ze zeggen dat ze
er aliens mee gaan vinden. Haha, hóé dan?
Ik voel wel dat ik met iets wezenlijks bezig
ben, al is het maar omdat de wetenschappelijke top van de wereld vaalc naar ons lal) toe
komt, maar voor mij gaat het gewoon nog om
coolphycics.'
Kouwenhoven moet naar een afspraak,
de studenten, allen mannelijk en deels internationaal (de voertaal is Engels), blijven
hangen, discussiërend over hoe lang het zal
duren tot ze met miljoenen qubits kunnen
werken. De een denkt tien jaar, de ander vijf;
niemand weet het precies.
Dan vertrekt ook Dickel. I n het voorbijgangroepthij nogiets n&srEsquire: 'Wil je
écht een coole toepassing van kwantummechanica horen? Kwantuminternet. Niet
meer bekabeld, maar te plukken uit de lucht.'
Bijna de deur uit: 'Of nee wacht, kwantumporno natuurlijk!'
Esquire: 'Natuurlijk! Maar eh, wat moeten
we ons daarbij voorstellen?'
Dickel: 'Tja, dat weten w i j ook nog niet natuurlijk. Maar het wordt fantastisch.'
ESQUIRE.nl

Download Report