Universiteit Leiden

nl en

Studenten programmeren met qubits

Als eersten ter wereld hebben studenten van de Leidse master Computer Science les gehad in het programmeren van een kwantumcomputer. ‘Hiermee zijn eindelijk de complexe levensechte problemen van de maatschappij op te lossen.’

Ook nullen en enen

‘Kwantumfysica is eigenlijk niet zo moeilijk hoor’, zegt docent Florian Neukart. ‘Informatici hebben het zich snel genoeg eigen gemaakt om kwantumeffecten nu te kunnen inzetten in berekeningen. Als we een kwantumbit benaderen in termen van elektronenspin, dan zou de spin-up status 0 zijn en de spin-down status 1.  Die nullen en enen kennen we al van een klassieke computer, maar een voordeel van een kwantumcomputer is dat elke bit – een qubit - die status van 0 en 1 ook tegelijkertijd kan innemen. Daardoor is een kwantumcomputer veel krachtiger dan een klassieke computer. Bij een klassieke computer is het altijd 0 óf 1.’

Heel veel berekeningen op één moment

Het aantal berekeningen dat een kwantumcomputer tegelijkertijd kan doen is dus heel wat hoger dan bij een klassieke computer. Neukart: ‘Wij werkten met de kwantumcomputer van het bedrijf D-Wave. Die bevat 2000 qubits. Dat maakt het mogelijk om 2 tot de macht 2000 functie-evaluaties uit te voeren op elk moment. Een klassieke computer zou alle configuraties na elkaar moeten uitvoeren en dat zou wel eens onmogelijk kunnen zijn in de eindige tijd.’

Levensechte problemen oplossen

‘Het grote voordeel van zoveel berekeningen tegelijkertijd is dan ook dat je nu eindelijk de complexe taken kunt uitvoeren die je in de echte maatschappij tegenkomt. Met D-Wave hebben de studenten gewerkt aan hedendaagse vraagstukken zoals beeldclassificatie. Omdat de opzet van de cursus nu veel praktischer was dan bij eerdere theoretische cursussen in kwantumcomputing, hebben de studenten nu een veel beter begrip van hoe je levensechte problemen kunt oplossen met een kwantumcomputer.’

‘Het gaat snel in dit vak’

De Duitse informaticus Florian Neukart werkt bij Volkswagen in San Francisco. Eens per jaar geeft hij de cursus Quantum computer science aan masterstudenten Computer Science van de Universiteit Leiden. ‘Dit is de eerste keer dat ik de software bibliotheek op die manier inzet om de lokale 'solver' van D-Wave te benaderen en de studenten ook zelf laat programmeren. Tot vorig jaar was ik er nog niet 100% van overtuigd dat je daarmee ook onze optimalisatieproblemen kunt oplossen. Nu ik er zelf wat meer hands on ervaring mee heb opgedaan, ben ik van gedachten veranderd. Zo snel gaat het in dit vak.’

Weinig exemplaren in het veld

Neukart maakt bij zijn onderwijs gebruik van de local solver: een lokaal systeem waarmee je optimalisatieproblemen kunt oplossen, dat dezelfde taken uitvoert als een kwantumcomputer. ‘Maar dan langzamer, vanzelfsprekend. D-Wave heeft ons toestemming gegeven om hun simulator te gebruiken. Dat is best bijzonder te noemen. Eén D-Wave kost 15 miljoen dollar. Buiten het lab van D-Wave zijn er maar drie in het veld. Eén daarvan staat in het Quantum Artificial Intelligence Lab van Google, NASA en USRA. Bij Volkswagen submitten wij onze data via internet voor 2000 dollar per uur. Maar internet is een open systeem, dus we willen niet de echte gegevens van onze klanten gebruiken.’ Lachend: ‘Ik zou inderdaad best een echte D-Wave willen.’