Spionagediensten likken hun vingers al af bij de gedachte aan een razendsnelle supercomputer. Totalitaire regimes ook. Een kwantumcomputer kan straks in een fractie van een seconde de duizendcijferige versleuteling van internetbankieren en DigiD hacken. Chaos en chantage liggen op de loer.

Wat is een kwantumcomputer?

Een moderne pc is een slak vergeleken met de kwantumcomputer. Waar de pc elke opdracht stap voor stap uitvoert, voert de kwantumcomputer alle stappen tegelijk uit. En dat gaat ontstellend veel sneller.

Stel, er zijn duizend deuren te openen en achter deur 822 ligt een appel. Een gewone computer zal alle deuren een voor een openen en sluiten totdat de appel is gevonden. Een kwantumcomputer opent alle deuren tegelijk en vindt de appel direct achter deur 822.

Hoe kan de kwantumcomputer zoveel sneller zijn?

De kwantumcomputer gebruikt ”quantum bits”, zogeheten qubits in plaats van de traditionele bits. Bits hebben de waarde 0 of 1. Voor een bepaalde opdracht heeft de computer thuis miljarden bits nodig, een kwantumcomputer kan toe met een paar duizend qubits.

Hoe werken qubits dan?

Dat laat zich wat lastig begrijpen. Zo hebben qubits geen waarde 0 of 1, zoals gewone bits, maar ze kunnen bijvoorbeeld voor 30 procent 0 en tegelijk voor 70 procent 1 zijn. Ze kunnen zelfs 0 en 1 tegelijk zijn. Dit heet ”superpositie”, een bizar verschijnsel dat zich wiskundig laat beschrijven.

Meerdere qubits combineren tal van superposities. Die ‘plakken’ aan elkaar; in vaktaal heet dat ”verstrengelen”. Hierdoor zijn krachtige kwantumcomputers mogelijk. Met twee qubits kun je gelijktijdig vier dingen doen, met tien qubits duizend dingen, en met honderd qubits 10³⁰ –een 1 met 30 nullen– dingen.

Waarom is de kwantumcomputer nog niet op de markt?

Qubits zijn relatief onbetrouwbaar. Elke berekening met qubits heeft een foutmarge. Dus is er een correctiemethode nodig. Die werkt met redundantie, het principe van meerderheid van stemmen: als meerdere qubits dezelfde waarde laten zien, zal deze wel juist zijn. Op deze manier kunnen ze toch razendsnel tot betrouwbare uitkomsten leiden.

Waar worden kwantumcomputers straks voor gebruikt?

Alles draait om rekenkracht. Berekeningen die tot op heden miljoenen jaren zouden duren, zijn straks in een uurtje geklaard. Kwantumcomputers maken het uitlezen van ”big data” veel eenvoudiger. Autonome auto’s wisselen razendsnel verkeersinformatie uit. Ook kan iemands DNA in no time worden uitgelezen en kunnen medicijnen vervolgens exact worden aangepast op elke individuele patiënt. Kunstmatige intelligentie zal in een stroomversnelling terechtkomen.

Julia Cramer, universitair docent quantum en society aan de Universiteit Leiden, verwacht niet dat het binnen tien jaar al “Q-Day” zal zijn, het moment waarop de kwantumcomputer zover zal zijn, stelt ze tegenover de NOS. De grootste zorgen maken de Europarlementariërs zich over China. Dat land verzamelt wereldwijd op grote schaal versleutelde data, om die later te kunnen kraken.

Hoe maak je een versleuteling  onkraakbaar?

Verschillende overheden hebben al maatregelen aangekondigd. Ook grote bedrijven, zoals de Rotterdamse haven, bouwen aan een geavanceerd kwantumproof computernetwerk. Het is een race tegen de klok.

Het kraken van nog complexere of langere wiskundige versleutelingen is een kwestie van tijd, dus zijn slimmere maatregelen noodzakelijk. Een truc met een versleuteld kwantumsignaal door een glasvezelkabel kan behulpzaam zijn. Zodra iemand dat probeert te onderscheppen, vervalt de kwantumtoestand van de versleuteling. De ontvanger weet dan dat er iemand meeluistert.