Kwantum computing

De quantumrevolutie

Terwijl conventionele computers binaire bits (1 en 0) gebruiken voor hun berekeningen, gebruikt een kwantumcomputer quantumbits (ook wel: qubits). Deze werken volgens twee hoofdprincipes van de kwantumfysica: superpositie en verstrengeling. Superpositie betekent dat elke qubit tegelijkertijd zowel een 1 als een 0 kan vertegenwoordigen, en vele andere toestanden daartussenin. Qubits vertonen eigenschappen van quantumverstrengeling - dat betekent dat paren of groepen deeltjes niet onafhankelijk van elkaar worden gemeten of beschreven. Het meten van een enkele qubit in een verstrengelde groep bepaalt onmiddellijk de toestand van andere deeltjes in de groep. Dit geldt zelfs als de deeltjes ver van elkaar verwijderd zijn.

Grootschalige quantumcomputers zouden in theorie bepaalde klassen van problemen veel sneller kunnen oplossen dan een klassieke computer. Bovendien kunnen quantumcomputers problemen oplossen die onmogelijk zijn op klassieke computers, dankzij hun superpositie-eigenschappen. De potentiële toekomstige impact van quantumcomputing op de informatica is enorm. De quantumrevolutie gaat erg snel en Nederland is een koploper in technologieontwikkeling. We betreden nu de 'quantum ready fase', dus we moeten voorbereid zijn op de 'quantum advantage phase' (over 3-5 jaar), waarin quantumtechnologie mainstream wordt.

Doelstellingen van het project

Wij willen:

• Nederlandse onderzoekers helpen om vroegtijdig te profiteren van nieuwe ontwikkelingen en faciliteiten voor quantumcomputing
• de toepasbaarheid voor wetenschappelijke toepassingen begrijpen
• de ontwikkeling van quantumtoepassingen stimuleren en ondersteunen
• zicht krijgen op de benodigde expertise en tools om reguliere applicaties te 'transformeren' naar quantumtoepassingen
• ondersteunen bij de toegang tot en het gebruik van quantumsimulatoren en fysieke quantumcomputers (in de toekomst).

We doen dit door:

• De toepasbaarheid in wetenschappelijke problemen te verkennen met use-cases: we stimuleren en ondersteunen use-cases in quantumchemie, machinaal leren, ray tracing en hoge energie fysica. Alle domeinen zijn veelbelovende kwantumtoepassingsgebieden en grote toepassingsgebieden van onze huidige supercomputingfaciliteiten bij SURF. We zullen het potentieel, de vereiste inspanning, methoden en hulpmiddelen evalueren. Op deze manier bouwen we aan een set van gezamenlijke expertise, voorbeelden en best practices.
• Onderwijs te ondersteunen: we bieden toegang tot onze faciliteiten en voorbeelden, en we bieden stages aan op verschillende niveaus. Ook geven we gastcolleges.
• Toegang tot en gebruik van ontwikkelomgevingen voor kwantumtoepassingen te ondersteunen: we bieden een op maat gemaakte open ontwikkel- en uitvoeringsomgeving voor hybride quantumsimulaties met een groot aantal quantumtools en brede ondersteuning bij het uitvoeren van experimenten en use-cases. Meer informatie hierover vind je op onze userinfo-pagina's.
• Kennis te delen: we willen interesse creëren in de Nederlandse onderzoeksgemeenschap door middel van goede voorbeelden en praktijken.

Activiteiten

1. De ontwikkeling van quantumtoepassingen stimuleren

We willen de ontwikkeling van quantumtoepassingen in wetenschappelijk onderzoek stimuleren en ondersteunen, in nauwe samenwerking met wetenschappelijke onderzoeksgroepen. We willen:

• het potentieel evalueren
• een beeld krijgen van de benodigde expertise, inspanningen, methoden en tools
• best practices ontwikkelen.

Werk met ons samen

We nodigen onderzoekers uit om samen met ons te werken aan quantumapplicatieontwikkeling en een gezamenlijk project te bepalen voor technische en financiële ondersteuning. Het is een kans voor onderzoeksgroepen die willen investeren in de ontwikkeling van quantumtoepassingen voor hun onderzoeksgebied. SURF kan één project ondersteunen in computationele chemie en één project in quantum machine learning. Projecten worden gekozen op basis van gesprekken met geïnteresseerde onderzoeksgroepen. Het uiteindelijke projectvoorstel wordt gezamenlijk bepaald en moet voldoende bijdragen aan het hierboven beschreven doel.

2. Quantum Inspire quantum computing-platform

QuTech heeft een quantum computing-platform gelanceerd om je te helpen de mogelijkheden en (toekomstige) kracht van quantumcomputing te verkennen. Gebruikers krijgen toegang tot verschillende technologieën om quantumberekeningen uit te voeren en de principes van quantum computing te leren. Grote algoritmen kunnen worden uitgevoerd op de nationale supercomputer bij SURF.

3. Bijdragen aan de ontwikkeling van het quantum-internet

Het toekomstige quantum-internet zal radicaal nieuwe internettoepassingen bieden doordat het quantumcommunicatie mogelijk maakt tussen twee willekeurige punten op aarde. De Quantum Internet Alliance (QIA) creëert een blauwdruk voor een pan-Europees quantum-internet door de benodigde technologie te ontwikkelen. SURF is een van de partners in het QIA-project, dat wordt gecoördineerd door QuTech.

Wij dragen ​​bij aan het project met de ontwikkeling en uitvoering van een snelle en schaalbare simulator voor quantumnetwerken (NetSquid), hoogwaardige computerexpertise, ontwikkeling en toegang tot de nationale supercomputerfaciliteiten. Daarnaast ondersteunen we onderzoekers van de TU Delft met onze kennis van en ervaring met zeer nauwkeurige tijdsynchronisatie (minder dan 1 nanoseconde) over lange afstanden en met toegang tot onze dark fibre infrastructuur.