Op licht gebaseerd kwantum: de mooie toekomst van kwantumcomputers

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 26 februari 2024

Samenvatting inzicht

Recente ontwikkelingen in op licht gebaseerde kwantumcomputing suggereren een verschuiving in de computertechnologie, waarbij traditionele methoden worden verschoven naar het gebruik van lichtdeeltjes voor verwerking. Deze verschuiving belooft een efficiëntere en snellere oplossing van problemen op verschillende gebieden en het potentieel voor milieuvoordelen als gevolg van een verminderde energiebehoefte. Deze ontwikkelingen roepen ook belangrijke vragen op over gegevensbeveiliging, de evolutie van de arbeidsmarkt en het mondiale technologische concurrentievermogen.

Op licht gebaseerde kwantumcontext

Er zijn verschillende ontwikkelingen gaande in op licht gebaseerde kwantumcomputing. Op licht gebaseerde quantum computing, of fotonische quantum computing, maakt gebruik van fotonen (lichtdeeltjes) om berekeningen uit te voeren. Traditioneel computergebruik maakt daarentegen gebruik van elektrische circuits en bits. In juni 2023 ontdekten MIT-onderzoekers dat loodhalogenide-perovskiet-nanodeeltjes een consistente stroom fotonen kunnen produceren. Deze materialen zijn niet alleen veelbelovend voor toekomstige zonnepanelen vanwege hun lichtgewicht en productiegemak, maar ze vallen ook op door hun potentieel in geavanceerde technologieën omdat ze gemakkelijk kunnen worden gemaakt en toegepast op oppervlakken zoals glas.

Vervolgens braken Chinese wetenschappers in oktober 2023 door met hun nieuwe op licht gebaseerde kwantumcomputer, Jiuzhang 3.0, die een nieuw wereldrecord heeft gevestigd door 255 fotonen te detecteren, waarmee hij de 2.0 fotonen van zijn voorganger Jiuzhang 113 ver overtreft. Dankzij deze vooruitgang kan Jiuzhang 3.0 een miljoen keer sneller presteren dan Jiuzhang 2.0 bij het oplossen van Gaussiaanse bosonbemonsteringsproblemen, een complex wiskundig model dat wordt gebruikt in kwantumcomputers. Opmerkelijk is dat Jiuzhang 3.0 de meest ingewikkelde Gauss-bosonbemonsteringsmonsters in slechts één microseconde kan verwerken, een taak waarvoor 's werelds snelste supercomputer, Frontier, meer dan 20 miljard jaar nodig zou hebben om deze te voltooien. 

Ten slotte kondigden Japanse wetenschappers in januari 2024 aanzienlijke vooruitgang aan bij het elimineren van de noodzaak van de ultralage temperaturen die nodig zijn voor de huidige op licht gebaseerde kwantummachines. Hun doorbraak omvat een krachtige bron van 'gecomprimeerd licht' voor informatieoverdracht om tegen 2030 een krachtige kwantumcomputer te bouwen. Deze ontwikkeling biedt potentiële voordelen op het gebied van schaalbaarheid en energie-efficiëntie ten opzichte van andere methoden zoals supergeleidende en op silicium gebaseerde kwantumcomputers.

Disruptieve impact

Verwacht wordt dat de vooruitgang op het gebied van op licht gebaseerde kwantumcomputing de rekenefficiëntie en -snelheid aanzienlijk zal verbeteren. Het vermogen van deze technologie om bij kamertemperatuur te werken vermindert de behoefte aan complexe koelsystemen, waardoor deze milieuvriendelijker en kosteneffectiever wordt. De grotere efficiëntie en lagere operationele kosten zouden een bredere adoptie van quantumcomputertechnologieën in verschillende sectoren kunnen stimuleren, waardoor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van kunstmatige intelligentie, materiaalkunde en cryptografie zouden worden versneld.

De ontwikkeling van op licht gebaseerde kwantumcomputing kan ook leiden tot snellere en betaalbare toegang tot geavanceerde computerbronnen. Deze verschuiving zou kunnen resulteren in een betere persoonlijke veiligheid door meer geavanceerde encryptiemethoden voor gegevensbescherming. In het onderwijs kunnen dergelijke ontwikkelingen studenten en onderzoekers nieuwe hulpmiddelen bieden voor leren en ontdekken. Bovendien zou deze technologie, naarmate deze technologie volwassener wordt, nieuwe banen en loopbaantrajecten kunnen creëren in de kwantumcomputing en aanverwante industrieën.

Regeringen zullen deze ontwikkelingen waarschijnlijk zien als een kans om de nationale capaciteiten op het gebied van wetenschap en technologie te vergroten. Investeringen in op licht gebaseerde kwantumcomputing kunnen de concurrentiepositie van een land op het gebied van hightechindustrieën en onderzoek vergroten. Deze technologie vereist mogelijk ook updates in de regelgevingskaders, met name op het gebied van gegevensbeveiliging, om de nieuwe uitdagingen aan te pakken die voortkomen uit geavanceerde computervaardigheden. Bovendien moeten overheden mogelijk partnerschappen tussen de academische wereld, de industrie en onderzoeksinstellingen bevorderen om het potentieel van op licht gebaseerde kwantumcomputing volledig te benutten.

Implicaties van op licht gebaseerd kwantum

Bredere implicaties van op licht gebaseerd kwantum kunnen zijn: 

• Verbeterde rekenmogelijkheden in onderzoekssectoren, wat leidt tot snellere en nauwkeurigere klimaatmodellering en onderzoeksresultaten op het gebied van ziekten.
• Versnelde ontdekking en ontwikkeling van nieuwe materialen en medicijnen, waardoor de tijd en kosten voor het op de markt brengen ervan worden verminderd.
• De toegenomen vraag naar kwantumbestendige encryptiemethoden, wat leidt tot een toename van investeringen in cyberbeveiliging en innovatie op het gebied van gegevensbeschermingstechnologieën.
• Verschuivingen in de onderwijsfocus naar kwantumcomputing en aanverwante gebieden, waardoor nieuwe leermogelijkheden en loopbaantrajecten in opkomende technologieën ontstaan.
• Overheden die investeren in de infrastructuur en het onderwijs voor kwantumcomputers, met als doel een concurrentievoordeel te behalen op het gebied van mondiaal technologisch leiderschap.
• Veranderingen in de geopolitieke dynamiek, terwijl landen strijden om dominantie op het gebied van kwantumcomputing, wat mogelijk kan leiden tot nieuwe allianties en rivaliteit.
• De democratisering van computerhulpbronnen op hoog niveau, waardoor kleinere bedrijven en onderzoeksinstellingen kunnen concurreren met grotere entiteiten.
• Toename van energie-efficiënte en milieuvriendelijke computermethoden, die bijdragen aan een kleinere CO2-voetafdruk in de technische industrie.
• Transformatie van bedrijfsmodellen in sectoren als financiën en logistiek dankzij geavanceerde optimalisatie en voorspellende modelleringsmogelijkheden.
• Juridische en ethische uitdagingen die voortkomen uit geavanceerde computervaardigheden, waarvoor nieuwe regelgeving en bestuursstructuren nodig zijn.

Vragen om te overwegen

• Hoe kan de integratie van op licht gebaseerde kwantumcomputing in verschillende industrieën de arbeidsmarkt opnieuw vormgeven?
• Op welke manieren kan de vooruitgang van quantum computing de mondiale gegevensbeveiliging beïnvloeden?