Economisch kwantumvoordeel: wanneer wordt kwantumcomputing echt de moeite waard?
Stel je een enorme verhuizing voor waarbij je duizenden dozen zo efficiënt mogelijk in een verhuiswagen moet stapelen. Een gewone rekenmachine probeert dat op te lossen door, kort gezegd, heel veel combinaties na elkaar te proberen. Een kwantumcomputer kan dankzij de eigenaardige regels van de kwantummechanica in principe veel meer combinaties tegelijk verkennen. Het begrip economisch kwantumvoordeel gaat over de vraag wanneer die kwantumaanpak niet alleen theoretisch slimmer is, maar ook daadwerkelijk goedkoper, sneller of winstgevender dan wat we al hebben.
Dat klinkt vanzelfsprekend, maar het is een cruciaal onderscheid. Onderzoekers hebben al laten zien dat kwantumcomputers bepaalde, zorgvuldig gekozen puzzels sneller kunnen oplossen dan de snelste supercomputers ter wereld. Dat heet kwantumsuprematie of kwantumvoordeel. Maar die puzzels zijn vaak kunstmatig en hebben in de praktijk geen enkele economische waarde. Economisch kwantumvoordeel is de volgende, veel hogere horde: een kwantumcomputer die een écht probleem oplost — zoals het optimaliseren van een vrachtroute, het ontwerpen van een medicijn of het doorrekenen van een beleggingsportefeuille — op een manier die goedkoper of beter is dan de bestaande, klassieke technologie.
Wat is het precies?
Om dit te begrijpen, helpt het om drie niveaus te onderscheiden. Het eerste is kwantumsuprematie: een demonstratie dat een kwantumcomputer iets kan berekenen dat voor een klassieke computer onhaalbaar lang zou duren, ook al is de taak zelf nutteloos. Google claimde dit voor het eerst rond 2019 met zijn chip Sycamore, die een specifiek wiskundig experiment (het genereren van willekeurige uitkomsten uit een kwantumcircuit) binnen enkele minuten uitvoerde. IBM betwistte destijds hoe extreem het verschil met klassieke computers werkelijk was, wat illustreert hoe omstreden dit soort claims kan zijn: verbeterde klassieke algoritmes halen de kwantumvoorsprong regelmatig weer wat in.
Het tweede niveau is kwantumvoordeel in bredere zin: een kwantumcomputer die een nuttiger, realistischer probleem sneller of nauwkeuriger oplost dan de beste klassieke aanpak, zonder dat het per se al goedkoper is. Het derde en hoogste niveau is economisch kwantumvoordeel: de kwantumoplossing is niet alleen technisch beter, maar ook financieel de moeite waard als je rekening houdt met de kosten van de kwantumhardware, de gespecialiseerde koeling, de programmeurs en het onderhoud. Pas dan wordt kwantumcomputing een zakelijk verhaal in plaats van een wetenschappelijk experiment.
De reden dat dit onderscheid zo belangrijk is, zit in hoe kwetsbaar kwantumcomputers zijn. De rekenelementen, qubits genoemd, verliezen hun kwantumtoestand razendsnel door trillingen, warmte of elektromagnetische ruis — een verschijnsel dat decoherentie heet. Om fouten te compenseren zijn foutcorrectietechnieken nodig die honderden of duizenden fysieke qubits combineren tot één betrouwbare, foutbestendige qubit. Al die extra hardware kost geld, en dat geld moet worden terugverdiend voordat er van een echt economisch voordeel sprake is.
Wat wil men ermee bereiken?
De belofte achter kwantumcomputing is dat bepaalde soorten problemen, die voor klassieke computers vrijwel onmogelijk zijn, ineens behapbaar worden. Denk aan het simuleren van moleculen voor nieuwe medicijnen of batterijmaterialen, het optimaliseren van complexe logistieke netwerken, het doorrekenen van financiële risico's, of het kraken en juist ook beter beveiligen van cryptografie. Klassieke computers rekenen deze problemen vaak niet uit onmacht van hun ontwerpers, maar omdat het aantal mogelijke combinaties exponentieel groeit met de omvang van het probleem — een muur waar zelfs de krachtigste supercomputers op vastlopen.
Bedrijven en overheden investeren in kwantumonderzoek omdat zij hopen als eerste economisch voordeel te behalen zodra die muur doorbroken wordt: goedkopere batterijen, snellere medicijnontwikkeling, efficiëntere fabrieken of een voorsprong in financiële modellen. Er is ook een geopolitieke component: landen willen niet afhankelijk zijn van buitenlandse kwantumtechnologie, zeker niet als die ooit gebruikt kan worden om huidige versleuteling te breken. Dat laatste risico heeft overigens weinig met economisch voordeel te maken, maar verklaart wel waarom overheden fors meebetalen aan onderzoek dat commercieel nog geen cent oplevert.
Voorbeelden uit de praktijk
Verschillende grote bedrijven experimenteren al met kwantumcomputers, meestal in samenwerking met gespecialiseerde kwantumbedrijven, zonder dat er al aantoonbaar economisch voordeel is behaald.
JPMorgan Chase heeft sinds enkele jaren een eigen onderzoeksgroep die met kwantumalgoritmes experimenteert voor portefeuille-optimalisatie en het waarderen van financiële opties, in samenwerking met onder meer IBM en kwantumhardwarebedrijven als IonQ. De resultaten tot nu toe zijn vooral academische publicaties, geen productiesystemen.
Volkswagen testte in 2019 in Lissabon een systeem dat met behulp van een kwantumannealer van het Canadese bedrijf D-Wave bus- en verkeersroutes probeerde te optimaliseren, om files te verminderen tijdens een grote conferentie. Het was een geslaagde proef van beperkte omvang, geen permanente vervanging van bestaande verkeerssoftware.
BMW Group organiseerde in 2021 een 'Quantum Computing Challenge', waarbij start-ups werden uitgedaagd om met kwantumalgoritmes optimalisatieproblemen in productie en toeleveringsketens op te lossen, zoals het efficiënter plannen van onderdelenlevering.
ExxonMobil sloot zich rond 2019 aan bij het IBM Quantum Network om te onderzoeken of kwantumsimulaties kunnen helpen bij chemische processen en scheepvaartlogistiek, twee terreinen waar kleine efficiëntieverbeteringen grote besparingen kunnen opleveren.
Boehringer Ingelheim, een farmaceutisch bedrijf, kondigde in 2021 een samenwerking aan met Google Quantum AI om te onderzoeken of kwantumsimulaties van moleculen het ontwikkelen van nieuwe medicijnen kunnen versnellen. Ook dit is voorlopig onderzoek, geen medicijn dat al dankzij kwantumcomputing op de markt is gekomen.
Wat deze voorbeelden gemeen hebben: het zijn stuk voor stuk pilots en onderzoeksprojecten. Geen enkel bedrijf claimt vandaag dat het structureel geld bespaart dankzij een kwantumcomputer in plaats van een klassieke supercomputer.
Hoe ver is de techniek?
De hardware ontwikkelt zich snel, gemeten in het aantal qubits. IBM bracht de afgelopen jaren steeds grotere chips uit, van ruim honderd qubits in 2021 tot chips met meer dan duizend qubits enkele jaren later. Google presenteerde in 2024 de chip Willow, die voor het eerst overtuigend liet zien dat foutcorrectie daadwerkelijk beter werkt naarmate je meer qubits toevoegt — een belangrijke technische horde, omdat dit lang niet vanzelfsprekend was.
Toch is louter meer qubits geen garantie voor economisch nut. De meeste huidige machines vallen in de categorie die onderzoekers 'ruizige kwantumcomputers zonder volledige foutcorrectie' noemen (NISQ, van het Engelse noisy intermediate-scale quantum): krachtig genoeg voor experimenten, maar te foutgevoelig voor de meeste praktische, betrouwbare toepassingen. Volledig foutbestendige, grootschalige kwantumcomputers — nodig voor de grote beloftes rond medicijnontwikkeling of het kraken van huidige cryptografie — worden door de meeste experts pas ergens in de jaren 2030 verwacht, en zelfs die inschatting kent grote onzekerheidsmarges. Sommige onderzoekers zijn optimistischer, anderen waarschuwen dat er nog fundamentele doorbraken nodig zijn.
Kortom: de technische vooruitgang is onmiskenbaar en het tempo van innovatie is de laatste jaren toegenomen, maar het economisch kwantumvoordeel is, voor zover publiek bekend, nog door niemand overtuigend en onafhankelijk geverifieerd behaald. Het blijft voorlopig een kwestie van veelbelovende pilots, niet van bewezen besparingen.
Wie werken eraan?
Aan de hardwarekant lopen IBM en Google voorop met chips gebaseerd op supergeleidende qubits, samen met bedrijven als Rigetti. IonQ en Quantinuum zetten in op qubits gemaakt van gevangen ionen, wat andere voor- en nadelen geeft qua stabiliteit en schaalbaarheid. D-Wave volgt een afwijkende aanpak, kwantumannealing genoemd, die specifiek geschikt is voor optimalisatieproblemen maar niet voor alle soorten berekeningen bruikbaar is. Nieuwere spelers zoals PsiQuantum en Pasqal experimenteren met respectievelijk licht (fotonen) en neutrale atomen als drager van qubits.
Op onderzoeksgebied speelt QuTech in Delft, een samenwerking tussen de TU Delft en TNO, een prominente rol in Europa, naast instituten als MIT en ETH Zürich. In China claimde de University of Science and Technology of China (USTC) in 2020 met een fotonische kwantumcomputer genaamd Jiuzhang eveneens een vorm van kwantumvoordeel te hebben aangetoond, via een andere methode dan Google. De Verenigde Staten steunen het veld via de National Quantum Initiative, aangenomen in 2018, terwijl de Europese Unie via het miljardenprogramma Quantum Flagship onderzoek in heel Europa financiert. Nederland investeert daarnaast zelf fors, mede dankzij de sterke positie van Delft in dit vakgebied.