03 december 2019 Consultancy.nl

Verschillende publieke en private marktpartijen hebben de handen ineengeslagen om Nederlands voorsprong op het gebied van quantum verder uit te bouwen. In de ‘Nationale Agenda Quantumtechnologie’ wordt uiteengezet wat daarvoor nodig is. Velen verwachten dat quantumcomputers een belangrijke rol gaan spelen in het aangaan van maatschappelijke uitdagingen, maar slechts weinigen weten hoe de technologie werkt. Consultancy.nl duikt in de quantumwereld en spreekt met expert Frederik Kerling, die vanuit Atos is betrokken bij de Nationale Agenda.

Vorige maand meldde Google een grote doorbraak. Sycamore, een quantumcomputer van de techgigant, zou een berekening hebben voltooid die onmogelijk is met traditionele computers. In slechts 3 minuten en 20 seconden wist Sycamore een complexe combinatie van sommen op te lossen. Over hoe bijzonder dit precies is lopen de meningen nog enigszins uiteen. Google zelf claimt dat een standaard computer minstens 10.000 jaar nodig zou hebben voor de berekening. Concurrent IBM houdt het op 2,5 dag. 

Waar de waarheid ook ligt, hoogleraar Lieven Vandersypen (TU Delft) ziet de berekening als een belangrijke mijlpaal: “Dit zal in de lijstjes komen van de grootste doorbraken van het jaar”, stelt hij tegenover NOS. “Het vertrouwen dat een quantumcomputer belangrijke problemen gaat oplossen, is met dit experiment fors gegroeid.”

Dit vertrouwen is welkom, want hoewel er al jaren wordt gesproken over de grote belofte van quantumcomputers, tasten velen nog in het duister over wat die belofte precies inhoudt. Deze onzekerheid wordt nog maar eens geïllustreerd door het enorme verschil tussen de schattingen van Google en IBM, dat volgens Vandersypen vooral laat zien dat het lastig is om accurate vergelijkingen te maken tussen quantumcomputers en traditionele computers. 

De allerkleinste deeltjes

Maar wat zijn quantumcomputers nou precies? Waar een traditionele computerprocessor rekent met bits – dat is ofwel een 1 ofwel een 0 –, doet een quantumprocessor dit met zogeheten ‘qubits’, die de vreemde eigenschap hebben dat ze tegelijkertijd een combinatie van 1 én een 0 zijn. De reden dat dit mogelijk is, is waaraan de quantumcomputers hun naam ontlenen: de onnavolgbare wetten van de allerkleinste deeltjes, oftewel de quantummechanica. Gebruikmakend van enkele quantumeffecten, zijn quantumcomputers in staat om sommige lastige taken met exponentieel minder stapjes uit te voeren. 

Daardoor zijn ze in staat bepaalde taken vele malen sneller uit te voeren dan normale computers, zoals het kraken van codes en het doorzoeken van een database. Hierdoor biedt de technologie grote kansen op gebieden als machine learning en andere vormen van kunstmatige intelligentie. Door de bijzondere (parallelle) manier van rekenen zijn quantumprocessoren echter niet geschikt voor huis-tuin-en-keukenapparatuur als de pc, smartphone of spelcomputer. Wellicht kunnen deze apparaten via de cloud echter alsnog profiteren van de rekenkracht van quantumprocessoren. 

Nederland aan kop

Al met al wordt verwacht dat deze enorme rekenkracht een grote bijdrage kan leveren aan het oplossen van diverse maatschappelijke uitdagingen op gebieden als energie, voedsel en zorg. Zo biedt een quantumcomputer die het gedrag van moleculen kan simuleren de mogelijkheid nieuwe medicijnen, betere batterijen, milieuvriendelijkere kunstmest of gezondere voeding te ontwikkelen. 

Het is dan ook niet verrassend dat landen als China en de VS flink investeren in de technologie. Wellicht wel verrassend, is dat Nederland tot de mondiale koplopers op het gebied van quantumcomputers kan worden gerekend. Nederlandse universiteiten en kennisinstellingen gaan voorop in hun kennis van qubits, quantuminternet, quantumalgoritmes en post-quantum cryptografie, waardoor ze wereldwijd talent en investeringen weten aan te trekken. Ook is Nederland goed in systems engineering en het combineren van technologieën tot werkende systemen, wat cruciaal is voor innovatie. 

Quantum Delta NL

Uiteraard wil Nederland deze leidende positie behouden. Daarom brachten verschillende kennisstellingen en hightechbedrijven op verzoek van het ministerie van EZK in kaart wat nodig is om Nederland te positioneren als een internationaal toonaangevend centrum en knooppunt voor quantumtechnologie: de Quantum Delta NL. Onlangs overhandigde Robbert Dijkgraaf, Directeur en Professor bij het Institute for Advanced Study in Princeton, hun bevindingen aan staatssecretaris Mona Keijzer.

“Na decennialang onderzoek zijn we nu klaar voor de doorbraak van quantumtechnologie, gebaseerd op fundamentele natuurwetten”, aldus Dijkgraaf. “Dit zal de hightechindustrie radicaal veranderen en ons leven op dramatische en onvoorziene manieren verbeteren. Nederland loopt op dit terrein echt voorop – ‘we are punching far above our weight’ zoals Amerikanen dat zeggen. Deze agenda is ambitieus, concreet en realistisch en wordt door alle relevante partijen gedragen. Nederland heeft nú een unieke kans wereldleider te worden en ik adviseer de regering hier met voorrang uitvoering aan te geven.” 

“Nederland is wereldleider op het gebied van quantumtechnologie”, voegt Keijzer toe. “Met de Nationale Agenda Quantumtechnologie ligt er een sterke strategie om ook in de volgende fase koploper te blijven. De komende tijd gaat het kabinet onderzoeken hoe aan deze strategie uitvoering gegeven kan worden. Ik ben ervan overtuigd dat quantum één van de sleuteltechnologieën voor onze toekomst is, die bij gaat dragen aan een gezonde economie en een betere wereld.”

Nationale Agenda Quantumtechnologie

De Nationale Agenda Quantumtechnologie bestaat uit vier actielijnen en definieert daarnaast drie katalysatorprogramma’s. De vier actielijnen betreffen (1) het realiseren van doorbraken in onderzoek en innovatie, (2) ecosysteemontwikkeling, marktcreatie en infrastructuur, (3) human capital: educatie, kennis en vaardigheden en (4) het starten van een maatschappelijke dialoog rondom quantumtechnologie. 

De drie katalysatorprogramma’s zijn (KAT-1) Quantum Computing and Simulation, (KAT-2) Nationaal Quantum Netwerk en (KAT-3) Quantum Sensing Applicaties. Deze hebben als doel de ontwikkelingen te versnellen en quantumtechnologie aan de hand van demonstrators tastbaar te maken en eindgebruikers en onderzoekers ruimte te bieden om ervaring op te doen met het gebruik ervan. 

Gouden Driehoek

De agenda kwam tot stand door een samenwerking tussen diverse partijen uit de zogeheten gouden driehoek van wetenschap, overheid en bedrijfsleven. Onder de deelnemende organisaties bevinden zich onder meer TNO, QuTech, QuSoft, EZK, NWO en Microsoft. Ook IT-dienstverlener Atos is betrokken bij het project.

“Binnen de Delta zijn we ondersteunend actief”, vertelt Senior Quantum Expert Frederik Kerling. “Zo dragen we bij aan actielijn 2 en 3, waarbij ik moet opmerken dat we deze dingen ook wel zouden doen zonder de Nationale Agenda. Wat betreft actielijn 2 werken we continu aan verbreding en verdieping van de markt. Hierbij merk ik dat dit steeds lastiger wordt. De hype wordt steeds groter en er gaan steeds meer onrealistische verwachtingen rond in de markten. Daar had ik een paar jaar geleden veel minder last van.” 

“De Delta is iets vrij unieks in de wereld. Nederland is een van de weinige, zo niet de enige plek ter wereld waar een soort ‘full stack’ aanwezig is.”
– Frederik Kerling, Senior Quantum Expert bij Atos

“Met betrekking tot actielijn 3 geef ik dit jaar in samenwerking met QuSoft het mastervak ‘Quantum in Business and Society’”, vervolgt hij. “We leren studenten hoe ze de markt kunnen bereiken. Hier komt ook aardig wat programmeren bij kijken omdat dit essentieel is om een voorspelling te kunnen doen. QuSoft neemt het software-technische gedeelte voor zijn rekening, en wij de soft skills en aansluiting op de business en markt.” 

Full stack

Kerling is blij met de wijze waarop de verschillende Nederlandse partijen met elkaar optrekken: “De Delta is iets vrij unieks in de wereld, dit heeft het Quantum Delta-team uitstekend gedaan. Nederland is een van de weinige, zo niet de enige plek ter wereld waar een soort ‘full stack’ aanwezig is. Alleen in Nederland kun je op dit moment écht aan een quantumoplossing werken. Er is sterke ondersteuning voor de hardware, via QuTech en zijn commerciële partners. Er is alle kennis voor software aanwezig via bijvoorbeeld QuSoft, maar ook ondersteuning voor sensing en implementatie-uitdagingen. Dat is een kans die je eigenlijk nergens ter wereld zo makkelijk krijgt.” 

Binnen deze ‘full stack’ neemt Atos een “vrij unieke positie in”, legt Kerling uit. “We hebben gekozen een ‘hardware-agnostisch’ platform te ontwikkelen. Dat betekent dat we ons als enige op de wereldmarkt niet focussen op één specifieke quantumtechnologie. Deze manier van werken is op de lange termijn waardevol omdat de strijd om de winnende technologie nog niet gestreden is en alleen ons platform de garantie kan geven dat wat je vandaag ontwikkelt morgen ook op de onbekende winnaar kan draaien. Tegelijkertijd is het een enorme uitdaging, omdat onze omgeving met alle technologieën moet kunnen werken.” 

De ommezwaai

Naast de onzekerheid over de winnende technologie, bestaan er onder bedrijven nog veel vragen over of en hoe zij kunnen profiteren van quantumcomputers. “Velen wachten nog even met investeren. Dat is hun goed recht, maar niet noodzakelijkerwijs de beste stap. Bedrijven die wél inzien wat voor impact de technologie heeft zijn dan ook geen kleine investeerders – kijk naar bijvoorbeeld SAP, Airbus of Volkswagen.” 

Zelf houdt Kerling zich veel bezig met het voorbereiden van de markt en het adviseren van bedrijven over de mogelijkheden van quantumtechnologie. “Je moet je als gebruiker de volgende vragen stellen: Heeft quantumtechnologie mogelijke impact in mijn markt, en zo ja, hoe groot? Kan ik het me veroorloven dat mijn concurrent mij straks wel of niet een licentie wil verkopen op het gebruik van die technologie?”

“Er verschijnen meer en meer patenten voor quantumtoepassingen”, legt hij uit. “Sommige zijn inhoudelijk heel goed, andere zullen een gang naar de rechtbank niet overleven. Investeerders die de quantummarkt niet snappen hebben niet door dat die markt op dit moment door enkele spelers via dergelijk intellectueel eigendom goed verdeeld wordt. Wij denken mee over dergelijke heikele punten, en helpen bij het beantwoorden van de grote vragen. De ommezwaai die de Delta veroorzaakt moet écht serieus genomen worden.”