Vandaag, 3 december, is het onderzoekscentrum QuSoft gelanceerd, dat wordt gehuisvest op het Amsterdam Science Park. In dit centrum wordt onderzoek naar kwantumsoftware gebundeld. Dit nog jonge vakgebied hang nauw samen met de ontwikkeling van de kwantumcomputer, een fundamenteel ander apparaat dan de conventionele computer.

QuSoft richt zich in de eerste plaats op het ontwikkelen van kwantumsoftware. Daarvoor zijn fundamenteel andere technieken en benaderingen nodig dan voor traditionele software vanwege de bijzondere kwantummechanische eigenschappen die de kwantumcomputer (PDF) zal gebruiken, zoals superpositie, interferentie en verstrengeling. Volgens de oprichters, de hoogleraren Harry Buhrman van het CWI en Kareljan Schoutens van de UvA, gaat QuSoft zich vooral richten op onderzoeksgebieden en toepassingen voor een klein aantal quantumbits (qubits). Daarnaast gaan de onderzoekers nieuwe methoden ontwikkelen voor het testen en debuggen van kwantumsystemen.

Kracht van kwantumcomputers

De belangrijkste onderzoeksopdracht is om software te ontwikkelen en toepassingen te vinden die de uitzonderlijke kracht van kwantumcomputers kunnen benutten. ‘Kwantumsoftware kan qubits in een superpositie van de toestanden 0 en 1 brengen. Hierdoor kan een berekening als het ware parallel worden uitgevoerd, voor verschillende waardes van de input. Door gebruik te maken van interferentie van kwantumtoestanden kan vervolgens het juiste antwoord worden uitgefilterd’, aldus Schoutens. Deze kwantumprincipes vragen om een totaal nieuw ontwerp van software en van procedures voor testen en debuggen.

Zoeken in data

Door deze – in theorie – ongeëvenaarde rekenkracht kunnen kwantumcomputers gaan helpen bij het slim zoeken in extreem grote databestanden. Ook chemici worden er opgewonden van, want met een kwantumcomputer is het waarschijnlijk veel eenvoudiger om nieuwe materialen from scratch te ontwerpen. Als eerste toepassing denkt men aan het beveiligen van vertrouwelijke informatie, bijvoorbeeld bij banktransacties. Daarbij zijn de laatste jaren al de eerste stapjes gezet (PDF). Schoutens: ‘Maar niemand weet wat de verdere mogelijkheden zijn. Daar gaan we dus aan werken.’

Economische infrastructuur beveiligen

Daarnaast wordt kwantumcryptografie een belangrijk onderzoeksonderwerp. ‘Vandaag de dag is de meest gebruikte cryptografie (RSA) erop gebaseerd dat een gewone computer de ontbinding van een getal in factoren niet binnen een redelijke tijd kan doen als het getal heel veel cijfers heeft. Een kwantumcomputer kan zo’n ontbinding wel heel snel doen, en daarmee RSA kraken’, zegt Schoutens. Daarom zijn er nieuwe cryptografische protocollen en toepassingen nodig om onze economische infrastructuur te beveiligen.

QuSoft is een initiatief van de Universiteit van Amsterdam, de Vrije Universiteit en het Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI). Het onderzoek van QuSoft is aanvullend op dat van QuTech (TU Delft en TNO)  in Delft, dat zich richt op de ontwikkeling van kwantumhardware. Beide instituten, die zullen gaan samenwerken, getuigen van de vooraanstaande positie die Nederland heeft op het gebied van kwantuminformatica.

Lees meer over de principes van de kwantumcomputer in dit Dossier uit 2009 van De Ingenieur.