Hoe Microsoft, IBM en Amazon quantumtechnologie ‘as a service’ binnen handbereik brengen

De titanenstrijd tussen platforms en ecosystemen achter quantumtech

Microsoft, Amazon, IBM en Baidu ontwikkelen ‘quantum computing as a service’. Via een meerjarige roadmap komen de toepassingen van deze technologie geleidelijk binnen handbereik voor ontwikkelaars en klanten. De quantumrevolutie wordt zo een evolutie in computerkracht, deep learning en algoritmes. Tegelijkertijd is dit een titanenstrijd. Europa moet oppassen dat het niet te veel gaat achterlopen op de Amerikanen en de Chinezen als het gaat de quantumtechnologie-race. We moeten meer gaan denken in platforms, toepassingen en ecosystemen in plaats van in losse technologieën en kleine (wetenschappelijk bezien grote) doorbraken.

Afgelopen week kreeg de Nederlandse onderzoeksgemeenschap op het gebied van quantumtechnologie een flinke tegenvaller te verwerken. De onderzoeksgroep van de TU Delft moest zijn baanbrekende ontdekking van het zogenoemde ‘Majorana-deeltje’ intrekken. Dit ‘deeltje’ zou een belangrijke stap kunnen betekenen in de ontwikkeling van een nieuwe generatie quantumcomputers die minder extreme koeling nodig hebben. Het zou de commerciële opschaling van quantumcomputers een stapje dichterbij brengen. Tegelijkertijd voedde de Delftse vinding de hoop dat Nederland een belangrijke speler zou kunnen worden op het gebied van quantumtechnologie.

Quantum: miljoenen keren sneller

Quantumtechnologie maakt gebruik van de unieke eigenschappen van hele kleine structuren, die beschreven worden met de quantummechanica. Quantumcomputers zouden miljoenen keren sneller kunnen zijn dan bestaande computers vooral bij complexe berekeningen met veel variabelen tegelijk. Dit zijn berekeningen voor complexe vraagstukken als klimaat, medicijnontwikkeling, finance, marketing en landbouw. Maar het is lastig om hele kleine structuren te maken die stabiel genoeg zijn voor betrouwbare berekeningen. Daarom worden de meeste quantumcomputers die nu in het lab gebouwd worden, gekoeld tot extreem lage temperaturen (-270 graden Celsius). Een andere belangrijke uitdaging is het vergroten van het aantal rekeneenheden, de ‘qubits’ (naar analogie met ‘bits’) zodat per berekening grotere berekeningen kunnen worden uitgevoerd. En dit alles vraagt een hele andere manier van programmeren en rekenen (wiskunde) dan bestaande computers.

Grote tegenslag voor Nederland, kleine tegenslag voor Microsoft cs

Sinds de eerste ‘ontdekking‘ in 2012 groeide de reputatie van de Delftse onderzoekers gestaag. Hoogleraar Leo Kouwenhoven won er een Spinoza-prijs mee en werd door velen Nobelprijswaardig genoemd. Zijn onderzoeksgroep werd in 2014 uitgeroepen tot Nationaal Icoon en kreeg daarmee extra ondersteuning van het ministerie van Economische Zaken. Microsoft raakte geïnteresseerd en investeerde in de oprichting van een Quantum Lab op de TU Delft sinds 2016, met Kouwenhoven aan het hoofd.

Vorig jaar investeerde de Nederlandse overheid nog miljoenen euro’s extra in een Nederlands onderzoeksprogramma voor quantumtechnologie. Dit is bedoeld om de toepassingen ervan dichterbij te brengen en met de ambitie om van Nederland een belangrijke speler te maken. Een belangrijke pijler van de Nederlandse ambitie is nu voorlopig weggeslagen.

Op naar de volgende lieveling

Maar deze tegenslag betekent niet dat de ontwikkeling van quantumtechnologie stilvalt of vertraagt. Voor de uiteindelijke commerciële doorbraak van quantum computing zijn talloze vindingen zoals de Delftse nodig, in zowel hardware als software. Er is een keiharde internationale race tussen continenten, zoals ik eerder beschreef. De grote jongens zoals Microsoft, IBM, Alphabet (Google) en Baidu wedden daarom op meerdere paarden. Overal ter wereld zoeken zij bij universitaire vakgroepen, onderzoeksinstituten en startups naar nieuwe technologische doorbraken.

Voor de uiteindelijke commerciële doorbraak van quantum computing zijn talloze vindingen nodig

De wereldwijde interesse (van onderzoekers en investeerders, waaronder Zuckerberg, Bezos en Musk) is inmiddels verschoven richting het Britse Sussex waar een volgend, veelbelovend ‘new kid on the block’ aan de weg timmert, Universal Quantum. Dit bedrijf heeft een alternatief ontwerp ontwikkeld voor het bouwen van quantumcomputers (zonder lasers en extreme koeling, maar met geladen atomen en microgolfvelden), die veel beter op te schalen is. Hun belofte: een computer met een miljoen qubits, terwijl de beste quantumcomputers tot nu toe werkten met tientallen rekeneenheden, ‘qubits’.

Een evolutie via ‘quantum as a service’

Terwijl er hard gewerkt wordt aan de ontwikkeling van betrouwbare en stabiele hardware, zijn bedrijven ook druk bezig om ook de software en toepassingen van quantum computing verder te ontwikkelen. Vorig jaar lanceerde Amazon de dienst Braket, dat klanten van Amazons clouddiensten laat experimenteren met nieuwe quantumalgoritmes. Microsoft kondigde begin deze maand Azure Quantum aan en IBM presenteerde vorige week een roadmap waarin quantum computing in 2025 net zo gebruiksvriendelijk moet zijn als huidige computing (‘frictionless’).

Microsoft, IBM, Google, Amazon en Baidu bouwen quantumcomputing dus als een aanvullende dienst bovenop hun bestaande ‘computing’ platforms waarmee ze nu al cloud storage, computing, simulation/digital twins, deep learning, virtual reality aanbieden. Zij breiden hun platforms telkens uit met nieuwe algoritmes en ontwikkelgereedschappen, zonder dat de gebruikers en de klanten zich druk hoeven te maken over de onderliggende hardware en gebruikte technologie.

Quantum Roadmap van IBM: voorbeeld quantum computing stapsgewijs wordt opgeschaald en de functies worden uitgebreid met nieuwe algoritmes en ontwikkelgereedschappen

Kijken we naar het grotere plaatje dan zien we dat quantum computing, hoewel een grote technologische uitdaging en fundamenteel nieuwe manier van programmeren, uiteindelijk een volgende stap is in een roadmap van de grote platformen. De quantumrevolutie wordt een evolutie van de bestaande ‘computing/intelligence as a service’-platforms. De overgang naar quantum computing verloopt zo voor klanten vrij geleidelijk.

Ecosystemen

Er is weliswaar een voortdurende technologische race maar er is een minstens zo belangrijke concurrentiestrijd tussen de ‘ecosystemen’: wie slaagt erin om rond ‘zijn’ computingplatform een groep ontwikkelaars en klanten te organiseren die het gebruik van het platform interessanter en rijker maken? Zo’n platform zal ook het meest aantrekkelijk worden voor klanten en kan daarmee weer investeren en zichzelf verbeteren en versterken.

In het grote plaatje was en is de Delftse ontdekking slechts een hele kleine schakel

In dat grote plaatje was en is de Delftse ontdekking slechts een hele kleine schakel. Dit plaatst ook meteen de Nederlandse en Europese ambities in perspectief. De één miljard euro die de Europese Commissie uit heeft getrokken voor het actieplan quantum tech, lijkt veel maar is in feite kinderspel vergeleken met het Amerikaanse en Chinese geweld.

Willen we in Europa niet al te afhankelijk blijven van de Amerikaanse en Chinese computerindustrie maar ook de keuze hebben uit een volwaardig Europees aanbod, dan zullen we flink wat tandjes moeten bijzetten. Europa zal meer moeten gaan denken in platforms, toepassingen en ecosystemen in plaats van in losse technologieën en kleine (wetenschappelijk bezien grote) doorbraken. Europa, sterk als altijd in het onderzoek, heeft nog een lange weg te gaan.