NISQ: waarom alle bestaande kwantumcomputers nog steeds 'ruizig' zijn

De term NISQ staat voor Noisy Intermediate-Scale Quantum en is inmiddels de standaardaanduiding voor alle commercieel verkrijgbare kwantumhardware. Fysicus John Preskill van het California Institute of Technology bedacht het begrip in 2018 om een realistisch beeld te scheppen van waar de technologie destijds stond, en nog altijd staat: machines die groot genoeg zijn om lastig na te bootsen met gewone computers, maar te onbetrouwbaar voor de grote beloftes zoals het kraken van encryptie of het exact simuleren van complexe moleculen.

Waarom zijn kwantumcomputers zo 'ruizig'?

De basis van elke qubit is fragiel. Een qubit kan door superpositie meerdere toestanden tegelijk aannemen, maar is daardoor ook extreem gevoelig voor storingen zoals elektromagnetische ruis en temperatuurschommelingen. Via een proces dat decoherentie heet, verliest een qubit na verloop van tijd zijn kwantumeigenschappen. Ook de bewerkingen die qubits manipuleren, de zogeheten quantumpoorten, zijn niet perfect: bij de meeste huidige systemen ligt de foutmarge van een tweequbit-poort tussen ongeveer 0,1 en 1 procent. Bij op ionen gebaseerde systemen liggen die foutpercentages doorgaans lager; sommige experimentele opstellingen haalden eind 2025 al een betrouwbaarheid van 99,99 procent, al gaat het daarbij nog om hardware die niet commercieel beschikbaar is. Ook uitlezing van de uiteindelijke qubit-toestand en ongewenste beïnvloeding tussen naburige qubits dragen bij aan de ruis. Het gevolg: hoe meer bewerkingen een berekening bevat, hoe groter de kans dat er ergens een fout insluipt.

Wat kunnen deze machines dan wel?

Huidige systemen tellen van enkele tientallen tot een paar duizend qubits, ver verwijderd van de miljoenen foutbestendige qubits die nodig zijn voor commercieel waardevolle toepassingen. NISQ-computers dienen vooral als proeftuin: onderzoekers testen er algoritmes, foutmitigatietechnieken en hybride aanpakken waarbij een kwantumchip samenwerkt met een klassieke computer. Bekende voorbeelden zijn de Variational Quantum Eigensolver, die moleculaire energieën schat, en QAOA, gericht op optimalisatieproblemen. Foutmitigatie zelf verwijdert geen ruis, maar gebruikt statistische correcties om te berekenen wat een foutloos resultaat zou zijn geweest, waardoor de bruikbare rekendiepte van circuits kan oplopen van honderden naar duizenden of zelfs tienduizenden stappen. Toch blijft het overtuigend aantonen van een structureel voordeel ten opzichte van klassieke computers een openstaande uitdaging. Er zijn wel al veelbelovende signalen: in 2023 publiceerden IBM en de University of California, Berkeley in het tijdschrift Nature resultaten van een 127-qubit Eagle-processor die een natuurkundige simulatie uitvoerde op een schaal die klassieke computers niet meer betrouwbaar konden controleren. IBM noemde dit het begin van het 'quantum utility'-tijdperk. In oktober 2025 volgde Google met een aantoonbaar kwantumvoordeel op een vergelijkbaar probleem, met de 105-qubit Willow-chip. Zulke resultaten tonen dat NISQ-machines al wetenschappelijke waarde kunnen hebben, ook al is de weg naar volledig foutbestendige kwantumcomputing nog lang.