Quantumcomputer R&D-samenwerking Shell-VU-Universiteit Leiden

De quantumcomputer is computer waarbij de processor gebruikmaakt van de principes van de kwantummechanica. Zo'n processor kan in één keer (parallel) dezelfde berekeningen uitvoeren over een zeer grote hoeveelheid data op een manier die anders en sneller is dan op een gewone computer. Het berekenen van chemische eigenschappen is een voorbeeld van zo’n toepassing, om bestaande en nieuwe energiebronnen te kunnen ontwikkelen. Quantumcomputers die krachtig genoeg zijn om de complexe uitdagingen van de quantumchemie aan te kunnen bestaan nog niet. Daarom gaan Shell, de Vrije Universiteit Amsterdam en Universiteit Leiden een 5-jarige samenwerking aan om vorderingen te maken op dit onderwerp, en om te verkennen hoe een quantumcomputer kan worden ingezet voor toepassingen die voor Shell van belang zijn.

14-05-2020 | 13:48

Gedrag van elektronen begrijpen
Het is nog steeds buitengewoon lastig om een quantumcomputer te bouwen en te programmeren. Het is een omvangrijk wereldwijd project om deze technologie te ontwikkelen, en Nederland speelt in dit project een leidende rol. Nu de eerste quantumcomputers beschikbaar komen, is er steeds meer aandacht voor de ontwikkeling van algoritmes en programma’s die er op kunnen draaien. Hierop spitst zich de samenwerking met Shell.  “Als theoretisch chemicus zie ik uit naar de komst van de quantumcomputer”, zegt Lucas Visscher, VU-hoogleraar Theoretische Scheikunde, “dit zou een unieke kans zijn om het gedrag van elektronen in belangrijke reacties beter te begrijpen.”

‘Superpositie’
Een gewone computer rekent met bits: nullen en enen die elektronisch worden opgeslagen. Een quantumcomputer werkt radicaal anders, met eenheden van informatie tegelijkertijd 1 en 0 kunnen zijn. In de quantummechanica heet dat een ‘superpositie’. Deze bijzondere eigenschap maakt het mogelijk om heel veel berekeningen parallel uit te voeren. In jaren ’80 en ’90 van de vorige eeuw hebben wiskundigen en natuurkundigen laten zien dat de wetten van de quantummechanica een speciale klasse van berekeningen drastisch kunnen vereenvoudigen, zodat er een ‘quantumversnelling’ optreedt in vergelijking met gewone computers.

Moleculen spreken taal quantummechanica
Een quantumcomputer kan in principe chemische reacties doorrekenen die zo omvangrijk en gecompliceerd zijn dat een gewone computer deze niet aan kan. Moleculen zijn quantummechanische objecten en om hun gedrag te beschrijven is zelfs op een supercomputer alleen mogelijk als het molecuul klein is, en zelfs dan niet met grote nauwkeurigheid. Quantumcomputers zouden het mogelijk maken om de gecompliceerde chemische systemen te beschrijven die worden toegepast als katalysatoren in de oliewinning, of om zonne-energie op te slaan.