Bouwen aan de quantumtoekomst op een gewone computer
Computerwetenschapper Tim Coopmans gebruikt pen, papier en gewone computers om de best mogelijke quantumcomputer te simuleren. Hij vertelt over zijn onderzoek en hoe dit helpt om een bruikbare quantumcomputer sneller werkelijkheid te maken. ‘Ik hoop dat ik zal meemaken dat quantumcomputers echt iets zinvols bijdragen aan de wereld.’
Coopmans werkt sinds kort bij de Applied Quantum Algorithms groep van de Universiteit Leiden. ‘Er zijn twee soorten quantumcomputers. In de eerste heb je een netwerk van kleine quantumcomputers die veilig met elkaar kunnen verbinden. In de tweede heb je één grote quantumcomputer die enorme berekeningen kan maken, zoals het doorrekenen van moleculen en chemische reacties. Een veelbelovend voorbeeld daarvan is kunstmest. Momenteel wordt dat geproduceerd bij hoge temperaturen. Maar als we het chemische proces volledig begrijpen, kunnen we de energiekosten van de productie flink verlagen.’
Hoe ben je in het quantumonderzoek terechtgekomen?
Coopmans lacht: ‘Ik dacht eigenlijk eerst dat ik experimenteel natuurkundige wilde worden. Dat bleek geen goede match. Op een gegeven moment brak ik een glazen onderdeel en was ik er klaar mee. Ik stapte over op fundamentele wiskunde en langzaam sloop quantum in het werk dat ik deed.’
‘Tijdens mijn promotie begon ik te werken aan quantumcommunicatie. Informatie wordt opgeslagen in fotonen, de quantumbits, en verzonden via glasvezel. De kans dat ze verloren gaan is echter vrij groot en ook fotondetectoren en andere onderdelen van de opstelling kunnen fouten maken. Ik probeerde manieren te vinden om deze problemen te vermijden door op een gewone computer simulaties te maken van echte quantumapparaten die mensen in het lab hebben gebouwd. Ik simuleerde dan meerdere versies van het quantumapparaat en testte of ik een signaal door deze apparaten kon communiceren, om te voorspellen hoe goed ze in het echt zouden presteren.’
'Iemand anders kan een stukje van dezelfde puzzel hebben en pas als je samenkomt ontdek je het grotere geheel.'
Dus je maakt simulaties van quantumcomputers op klassieke computers?
‘Een gewone computer heeft niet genoeg geheugen om alle informatie van een quantumcomputer op te slaan. In plaats daarvan proberen we niet alle mogelijke informatie op te slaan, maar alleen specifieke delen. Als je bijvoorbeeld één stuk papier hebt, dan past een lijst met alle steden van de wereld daar niet op. Maar als je het beperkt tot alleen steden in Nederland, past het misschien net. Op dezelfde manier simuleren we niet alle mogelijke quantumberekeningen, maar bedenken we slimme simulatiemethodes die snel werken voor alleen de relevante quantumberekeningen.’
Wat vind je zo leuk aan onderzoek?
‘Ik vind twee dingen leuk aan onderzoek. Ten eerste word je betaald om nieuwe dingen uit te zoeken en te leren, dat vind ik geweldig. Ten tweede, wat ik leuk vind aan theoretisch onderzoek is dat je in principe al het werk zelf zou kunnen doen, maar dat is niet hoe het in het echte leven vaak gaat. Iemand anders kan een stukje van dezelfde puzzel hebben en pas als je samenkomt ontdek je het grotere geheel. Iedereen is zo gedreven en intrinsiek gemotiveerd, dat maakt samenwerken heel inspirerend.’