Hogeschool van Amsterdam

Deze HvA-studenten werkten al met een quantumcomputer

6 dec 2021 15:54 | Faculteit Digitale Media en Creatieve Industrie

De HvA startte het afgelopen studiejaar met een nieuwe minor Applied Quantum Computing, als eerste hogeschool van Nederland. Deze studenten durfden het aan: zij leerden eerst de theorie, en werkten vervolgens meteen aan opdrachten voor bedrijven en organisaties; deels op echte quantumcomputers. Hoe was deze eerste kennismaking? En gaan we volgens hen nog meemaken dat quantumcomputers ons leven veranderen?

Liza Darwesh studeert Technische Informatica, en voerde een quantumcomputing-opdracht uit voor Capgemini.

"Voor de zomer besloot ik de nieuwe minor Applied Quantum Computing te volgen. We begonnen met acht mensen, en zijn geëindigd met vijf. Een klein clubje; veel studenten weten nog niet wat het vakgebied inhoudt.

Hoe was het om over dit nieuwe vakgebied te leren?

Zelf vond ik het goed te doen om te leren hoe quantumcomputers werken. Je leert namelijk één keer de wiskundige basis, en daarna pas je deze basis altijd toe. Veel dingen komen ook overeen met wat ik eerder geleerd heb in mijn opleiding. Alleen heeft de quantumcomputer een typische architectuur, met Quantumbits; deeltjes die werken volgens natuurkundige principes; heel anders dan de klassieke ‘bits’ van een gewone computer. Het is daarom wel handig als je interesse hebt in wis- en natuurkunde.

Op dit moment is de nieuwe technologie er wel al, maar deze is nog schaars. Bedrijven als IBM en D-Wave hebben quantumcomputers, waar je een beperkt aantal minuten per maand op mag werken. Wat dit vergemakkelijkt, is dat ze ook de documentatie beschikbaar stellen over hoe je deze computers kunt besturen en opdrachten laat uitvoeren."

Wat voor opdracht heb jij gedaan?

"Ik heb een opdracht uitgevoerd voor Capgemini; zij wilden weten of een quantumcomputer de beste aandelencombinaties kan selecteren. Normaal doet een algoritme dit al voor consultants; een quantumcomputer zou dit nog veel sneller kunnen berekenen.

Ik heb een dergelijke code geschreven, en deze kon ik deels testen op de quantumcomputer van D-Wave in Canada, via de cloud. Die tijd was heel beperkt, dus heb ik de opdracht verder uitgevoerd met een simulator op mijn eigen laptop.”

Gaan we meemaken dat quantumcomputers ons leven veranderen?

“Ik denk oprecht dat we dit zullen meemaken, want het gaat supersnel opeens. Laatst was ik bij supercomputer Snellius op het Science Park, en die heeft al zoveel rekenkracht; ik weet zeker dat deze kennis zich alleen maar verder ontwikkelt.

Sinds ik de minor heb gevolgd, ben ik me vooral heel bewust geworden van cybersecurity. Want een quantumcomputer kan in de nabije toekomst bepaalde versleutelingen – heel lange priemgetallen- hacken, en zo kunnen toegangscodes misbruikt worden. Ik stond er voorheen niet bij stil, maar zorg nu altijd dat ik onze systemen zo goed mogelijk versleutel.”

Steven Oud studeerde af op quantumcomputing, en werkte daarvoor samen met SURF, TNO en TU Delft.

Hoe was het om de minor te volgen?

"Quantumcomputing betekent even een heel andere aanpak voor ICT-studenten. Je moet veel wiskunde snappen, terwijl je dit niet per se in je studie hebt gehad. De minor is relatief moeilijk en kost veel tijd, maar is tegelijk heel uitdagend en interessant. Quantumtechnologie is echt een rabbit hole: je komt in een wereld die je niet kende."

Wat heb jij onderzocht?

"Ik heb mijn afstudeeronderzoek gedaan in samenwerking met SURF, TNO en de TU Delft. Momenteel is nodig dat de technologie rond quantumcomputers verbeterd wordt, en dat vraagt eerst héél veel testen en experimenteren. De opdracht die ze bij mij neerlegden, was dan ook: hoe kunnen wij onze infrastructuur toegankelijker maken voor iedereen die wil experimenteren met de quantumcomputer?

Huidige quantumcomputers zijn noisy; dat wil zeggen: we kunnen alleen kortstondig kleine berekeningen uitvoeren; daarna neemt de ruis het over. Onderzoekers zijn dus erg lang bezig om een groter vraagstuk te testen. Ik vond een paper waarin iemand van IBM had berekend hoeveel van die kleine computaties (berekeningen) nodig zijn voor één nuttig experiment: zo’n 100.000.

Ik heb onderzocht hoe dit testen efficiënter en minder tijdrovend wordt, namelijk door een combinatie te gebruiken van klassieke computers, simulatoren, en quantumcomputers. Ook heb ik aangeraden een vorm van kunstmatige intelligentie toe te passen om sneller tot oplossingen te komen (‘zwermintelligentie’)."

Wat heeft jou het meest verbaasd aan deze technologie?

“Wat mij het meest heeft verbaasd én verrast: we zijn al jaren druk bezig om computers efficiënter en sneller te maken, door er steeds meer processoren tegenaan te gooien (zogenaamde ‘cpu’s; hoofdchips), en het aantal berekeningen tegelijk te vergroten (‘parallellisatie’). Die grotere rekenkracht hadden we nodig voor bijvoorbeeld medicijnontwikkeling, of om ultra-HD-games te kunnen spelen.

En dan komt daar quantumcomputing langs, en kunnen we vanuit een natuurkundige theorie ineens héél anders speeden. We krijgen een fundamenteel efficiëntere manier om bepaalde problemen op te lossen.”

Gaan we meemaken dat quantumcomputers ons leven veranderen?

“Ik zie dit wel voor me op het gebied van medicijnontwikkeling. Hierbij wordt gebruikt gemaakt van complexe voorspellingen; en dan heb je met een paar honderd noisy qubits waarschijnlijk al een voorsprong op de normale computer.

Tegelijk zie ik nog veel beperkingen. Quantumcomputers zijn fragiel en kunnen nog niet zoveel. Voor het breken van sommige digitale versleutelingen bijvoorbeeld heb je wel een miljard qubits nodig. Dat zie ik daarom nog niet zo snel gebeuren in mijn leven; al blijft voorspellen lastig.”

Sebastiaan Groen, Danja Verburg en Rohan Webbe

Danja Verburg, Rohan Webbe en Sebastiaan Groen (HBO-ICT) moesten voor start-up Qu &Co een onderzoek nabootsen, met de naam: Solving nonlinear differential equations with differentiable quantum circuits . Say what?

Danja: “Het experiment dat wij moesten herhalen is eigenlijk een manier om wiskundige formules uit te rekenen, wat je deels kunt laten doen door quantumcomputer, en deels op een klassieke computer. Alleen hebben we de opdracht niet afgekregen, want we begonnen er pas aan halverwege het semester. We moesten namelijk eerst in hoog tempo de wiskundige basis leren, voordat we verder konden.”

Hoe was jullie ervaring met quantumcomputing in één woord?

Danja: “Druk! Het eerste blok ging heel snel.” Rohan: “Wiskundig. Eigenlijk is het wiskundig programmeren; je bent meer bezig met formules oplossen dan programma’s schrijven.” Sebastiaan: “Leerzaam.”

Wat trekt jullie zo aan in Technische Informatica?

Danja: “Waar bijvoorbeeld developers zich met de voorkant van een product bezighouden, focussen wij meer op hardware, op robotica. Met een team kunnen we die hardware besturen vanuit een mobiel. Je creëert iets en ziet dit product met je eigen ogen beter worden, groter worden. Dat geeft een drive om nog verder te gaan.”

Sebastiaan: “Dat je de chip zelf kunt zien, en de motoren die je programmeert, geeft een satisfying gevoel”

Danja: “Dat is meteen ook waarom quantum computing zo anders is: het proces is heel langzaam. Het kost in deze fase nog veel tijd en energie.”