On-premises kwantumcomputer: een supercomputer in je eigen serverruimte
Een on-premises kwantumcomputer is een fysieke kwantumcomputer die niet bij een techbedrijf in een clouddatacenter staat, maar letterlijk in het gebouw van de klant zelf: een universiteit, een onderzoeksinstituut, een ministerie of een supercomputercentrum. "On-premises" is Engels voor "op locatie" of "in eigen huis". De machine wordt geleverd, geïnstalleerd en beheerd op de plek waar de gebruiker zit, in plaats van dat die gebruiker er via internet een rekentaak naartoe stuurt en het resultaat terugkrijgt.
Vergelijk het met stroomvoorziening. De meeste bedrijven kopen stroom gewoon van het net; dat is vergelijkbaar met kwantumrekenkracht via de cloud afnemen, zoals de meeste bedrijven nu doen bij IBM, Google of Amazon. Maar sommige fabrieken hebben een eigen generator staan, omdat ze constante toegang nodig hebben, gevoelige processen niet willen delen, of gewoon zelf aan de knoppen willen zitten. Zo is het ook met kwantumcomputers: sommige instellingen willen de machine fysiek in huis, zonder wachtrij, zonder dat gevoelige data over het internet naar een externe server hoeft, en met de mogelijkheid om aan de hardware zelf te sleutelen.
Wat is het precies?
Een kwantumcomputer rekent met qubits, de kwantumversie van de bit. Waar een gewone bit een 0 of een 1 is, kan een qubit dankzij kwantummechanische effecten als superpositie tegelijk iets tussen 0 en 1 "zijn", en kunnen qubits onderling verstrengeld raken. Dat maakt bepaalde berekeningen in theorie sneller mogelijk, vooral bij problemen met heel veel combinaties, zoals moleculen simuleren of optimalisatieproblemen oplossen.
De meest gebruikte qubit-technologie, supergeleidende circuits (gebruikt door IBM, Google en het Finse IQM), moet extreem koud zijn: enkele duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt. Daarvoor is een cryostaat nodig, een soort omgekeerde koelkast opgehangen in een metalen frame, vaak een paar meter hoog. Andere technieken, zoals ionvallen (Quantinuum) of neutrale atomen (het Franse Pasqal), gebruiken lasers om atomen of ionen vast te houden en te manipuleren, en hebben weer andere eisen aan trillingsvrije opstelling en lasertechniek.
Bij een on-premises installatie levert de fabrikant dus niet alleen de kwantumchip, maar het hele bouwpakket: cryostaat of laseropstelling, besturingselektronica, bekabeling, software (zoals IBM's Qiskit) en vaak ook een team dat het geheel installeert, kalibreert en onderhoudt. De machine wordt meestal gekoppeld aan bestaande klassieke supercomputers ter plekke, zodat kwantum- en klassieke rekenkracht samen kunnen werken binnen één rekencentrum. Dat heet hybride computing: de kwantumchip lost een klein deel van een probleem op, en een klassieke computer doet de rest.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste motief is controle over gevoelige gegevens. Banken, defensieorganisaties, ziekenhuizen en overheden werken vaak met informatie die om juridische of veiligheidsredenen niet naar een buitenlandse cloudserver mag. Data soevereiniteit, het idee dat gegevens binnen de eigen landsgrenzen of instelling blijven, speelt hierbij een grote rol, net als bij discussies over cloudopslag in het algemeen.
Een tweede reden is directe, ongehinderde toegang voor onderzoek. Wie via de cloud een kwantumcomputer gebruikt, deelt de machine met andere klanten en moet vaak in een wachtrij. Onderzoekers die zelf nieuwe besturingsmethoden, foutcorrectietechnieken of qubit-ontwerpen willen testen, hebben soms exclusieve, ongelimiteerde toegang tot de hardware nodig, iets wat een gedeelde cloudmachine niet biedt.
Een derde motief is nationale of institutionele technologische zelfstandigheid: landen willen niet volledig afhankelijk zijn van Amerikaanse of Chinese cloudaanbieders voor een technologie die op termijn strategisch belangrijk kan worden, bijvoorbeeld voor cryptografie. Vandaar dat vooral Europese overheden en supercomputercentra investeren in eigen, lokaal geplaatste machines. Tot slot spelen onderwijs en zichtbaarheid mee: een fysieke machine op de campus is ook een uithangbord en een lesmiddel voor studenten.
Voorbeelden uit de praktijk
IBM plaatste in 2021 bij het Duitse onderzoeksnetwerk Fraunhofer-Gesellschaft, in Ehningen, het eerste IBM Quantum System One buiten de Verenigde Staten. Het was destijds een belangrijk signaal dat Europese instellingen zelf zulke machines in huis wilden.
De Cleveland Clinic in Ohio (VS) kreeg rond 2023 een eigen IBM Quantum System One, bedoeld voor onderzoek naar geneesmiddelenontwikkeling en genomics, in combinatie met de eigen supercomputer van de kliniek.
Ook in Azië zijn dergelijke systemen geplaatst: de Universiteit van Tokio en de Zuid-Koreaanse Yonsei-universiteit kregen beide rond 2023 een eigen IBM-systeem, als onderdeel van bredere nationale kwantumstrategieën in Japan en Zuid-Korea.
Het Finse bedrijf IQM, dat supergeleidende kwantumcomputers bouwt, heeft on-premises systemen geleverd aan verschillende Europese supercomputercentra, waaronder het Leibniz Supercomputing Centre in München (gekoppeld aan de supercomputer SuperMUC-NG) en het Poznan Supercomputing and Networking Center in Polen. IQM richt zich daarnaast met een kleiner, bureau-formaat systeem (IQM Spark) specifiek op universiteiten voor onderwijsdoeleinden.
Los Alamos National Laboratory in de VS was een van de eerste instellingen die al rond 2015 een eigen kwantum-annealing systeem van het Canadese D-Wave op locatie liet installeren, een ander type kwantumcomputer dat gespecialiseerd is in optimalisatieproblemen in plaats van algemene berekeningen.
Belangrijke kanttekening: het aantal, de exacte specificaties en de leverdata van dit soort installaties veranderen snel, en leveranciers gebruiken de term "on-premises" niet altijd consistent (soms gaat het om volledig eigendom, soms om een langjarige plaatsing met beheer door de fabrikant zelf). Check bij twijfel altijd de actuele persberichten van de betrokken instellingen.
Hoe ver is de techniek?
Kwantumcomputers zitten momenteel in wat onderzoekers het NISQ-tijdperk noemen: Noisy Intermediate-Scale Quantum. Dat betekent dat de machines tientallen tot enkele honderden qubits hebben, maar dat die qubits nog foutgevoelig zijn. Kwantuminformatie is broos: trillingen, warmte of elektromagnetische storing verstoren de berekening al snel, een probleem dat decoherentie heet. Grootschalige, betrouwbare foutcorrectie, nodig om echt grote en nuttige berekeningen te doen, bestaat nog niet in productierijpe vorm.
Voor de meeste praktische, economisch waardevolle problemen is nog niet aangetoond dat een kwantumcomputer sneller of goedkoper is dan de beste klassieke supercomputer; dat noemt men praktisch kwantumvoordeel. Er zijn wel specifieke, kunstmatig gekozen rekenbenchmarks waarop kwantumchips klassieke computers hebben verslagen (Google claimde dit voor het eerst in 2019 met de Sycamore-chip), maar die benchmarks hebben zelf weinig praktisch nut.
On-premises machines worden daarom vooral gebruikt voor onderzoek, softwareontwikkeling, hybride experimenten met klassieke supercomputers, en opleiding, niet voor productiewerk dat al aantoonbaar beter is dan met klassieke computers. De aanschaf en het onderhoud zijn bovendien kostbaar, al lopen prijzen uiteen: budgetten van enkele miljoenen tot tientallen miljoenen euro's zijn gebruikelijk, plus gespecialiseerd personeel voor onderhoud en kalibratie. Fabrikanten als IBM en IQM verwachten dat foutgecorrigeerde, praktisch bruikbare systemen ergens tussen 2029 en het midden van de jaren 2030 beschikbaar komen, maar dat zijn roadmap-doelen van de bedrijven zelf, geen onafhankelijk geverifieerde garanties.
Wie werken eraan?
IBM en Google zijn de bekendste Amerikaanse spelers op het gebied van supergeleidende kwantumchips en bieden beide ook on-premises varianten van hun systemen aan grote instellingen. Het Finse IQM is in Europa een belangrijke leverancier van on-premises systemen aan onderzoeksinstellingen en supercomputercentra. Quantinuum (ontstaan uit een fusie van Honeywell Quantum Solutions en Cambridge Quantum) bouwt ionvalsystemen, veelal nog primair cloud-toegankelijk. Het Canadese D-Wave is gespecialiseerd in kwantum-annealing en heeft relatief veel on-premises installaties bij overheids- en onderzoekslabs. Het Franse Pasqal werkt met neutrale atomen en levert eveneens systemen aan Europese rekencentra.
Op instituutsniveau spelen Duitse organisaties een grote rol: Fraunhofer-Gesellschaft en Forschungszentrum Jülich (met het JUNIQ-platform voor kwantuminfrastructuur) horen tot de actiefste Europese hosts van dit soort machines. Op Europees niveau coördineert het Quantum Flagship-programma van de Europese Unie onderzoek en financiering. In Nederland is QuTech, een samenwerking tussen de TU Delft en TNO, het belangrijkste kwantumonderzoeksinstituut, terwijl Quantum Delta NL het bredere nationale kwantumecosysteem en de bijbehorende financiering coördineert. China investeert eveneens fors in eigen kwantumhardware en -infrastructuur, al is daar minder publiek gedetailleerde informatie over beschikbaar dan over Amerikaanse en Europese projecten.