Dagboek van een quantumleek

Als complete natuurkundeleek de wereld van de quantumfysica induiken: dat is verwarrender dan menig voedseletiket. Maar het is ook velen malen prikkelender. ‘Quantum: nieuwe regels of een heel nieuw spel?’ luidde de titel van het publieksevenement waar een aantal experts spraken over rol van quantumcomputers in de toekomst. Quantum fysica heeft al een behoorlijke impact op de wereld gehad (bij de ontwikkeling van kernenergie en vrijwel alle elektronica die onze smartphones mogelijk maken bijvoorbeeld) en die impact lijkt met de beloftes van de quantumcomputer alleen maar tot nog ingrijpendere veranderingen voor de samenleving te kunnen zorgen. Duidelijk werd dat de kloof tussen quantum-experts en non-experts niet langer houdbaar is. De dialoog over mogelijke toepassingen en invloed van quantumcomputers op onze samenleving moet breder gevoerd worden. Want kunnen we pas iets over de toekomst zeggen wanneer we begrijpen wat quantumcomputers kunnen, of kan dat al eerder? Waag Futurelab heeft als missie nieuwe technologie te deconstrueren, demystificeren en democratiseren. Hoog tijd om in de wereld van quantummechanica te duiken! 

Wat ik tot nu toe heb opgestoken over quantumfysica

Quantumfysica is de natuurkundige theorie die beschrijft hoe de kleinste deeltjes zich gedragen.

Quantumcomputers zijn computers die gebruik maken van complexe (en ongrijpbare) interacties tussen kleine, geïsoleerde deeltjes zoals fotonen en elektronen, en die begrepen en beschreven kunnen worden door quantumfysica. De potentiële rekenkracht van een quantumcomputer ten opzichte van een gewone computer is enorm omdat deze dezelfde berekening kan uitvoeren maar niet gelimiteerd is door bits die alleen maar 1 en 0 kunnen zijn. Hiervoor worden bits gebruikt (zogenaamde qubits) die allerlei verschillende waarden tegelijkertijd aan kunnen nemen en zich op complexe manier tot elkaar kunnen verhouden. 

 Zoals quantumgeleerde Richard Feynman concludeerde: als je denkt dat je quantummechanica begrijpt, heb je het niet begrepen.

Een quantum betekent letterlijk de minimale hoeveelheid van iets, waarmee dat gekwantificeerd is of kan worden. In de eerste decennia van de 20e eeuw ontdekten natuurkundigen onder meer dat de werkelijkheid op zeer kleine (subatomaire) schaal het best gedefinieerd lijkt te kunnen worden door kwanta in plaats van door een continuüm, vandaar de naam quantumfysica (of quantummechanica). Momenteel is dit de meest nauwkeurige theorie om de fysische eigenschappen van materie en energie op het meest fundamentele niveau te beschrijven. 

Note to self: begrijp je het nog steeds niet? Is niet erg. Het begrijpen van quantumfysica is haast fundamenteel onmogelijk, omdat de werkelijkheid zoals we die ervaren simpelweg niet overeenkomt met de verschijnselen van de werkelijkheid die beschreven wordt op die microscopische schaal. Dus zoals quantumgeleerde Richard Feynman stelde: als je denkt dat je quantummechanica begrijpt, heb je het niet begrepen.

Co-creatie sessie: Quantum for Good (or bad?)

Voorafgaand aan het publieksevenement vond eerst een quantum co-creatiesessie plaats: bij Quantum for Good kreeg ik een crash course quantumfysica van conceptontwikkelaar Douwe-Sjoerd Boschman. Hij legde uit hoe de begrippen ‘superpositie’ en ‘verstrengeling’ tot de kern van quantumfysica behoren. Velen zullen wel gehoord hebben van het gedachte-experiment ‘Schrödingers kat’: je stopt een kat in een doos met een flesje dodelijk gas waarvan de kans 50 procent is dat het binnen een uur opengaat. Na een uur kun je niet weten of de kat levend is of dood. Hij bevindt zich in een superpositie van dood én levend tegelijk. Pas als je de doos opent blijkt de kat levend óf dood. Dit voorbeeld geeft aan dat men nog niet begrijpt hoe sommige verschijnselen op quantum schaal werken. Deelnemers aan de co-creatiesessie werden uitgedaagd na te denken over toekomstscenario’s waarin goede óf slechte toepassingen van quantum een rol zouden kunnen spelen. Aan het einde van de sessie werden er verschillende prototypes van quantumtoepassingen gepresenteerd.

In deze reeks co-creatiesessies over quantum worden studenten, kunstenaars en tech-minded burgers samengebracht en geïnspireerd. De twee volgende co-creatie sessies zijn gepland voor eind november 2022 en maart 2023.

Ben je geïnteresseerd? Mail dan naar albana[at]waag[punt]org

Quantum: nieuwe regels of een heel nieuw spel?  

In het Theatrum Anatomicum in Waag beet hoogleraar Theorie van de vaste stof Carlo Beenakker het spits af met de minder geruststellende gedachte dat we wel weten wat niet kan, maar niet wat wél kan als het gaat om quantumcomputers. ‘We staan op dit moment aan de voorvoet van de grootste verandering sinds de komst van het telraam,’ vertelt Beenakker. ‘We gaan voor het eerst weer anders rekenen.’ De quantumcomputer belooft namelijk wel bizar slim te zijn, maar geeft de helft van de keren dat je vraagt hoeveel 2+3 is, het onjuiste antwoord.

‘We weten wel wat niet kan, maar niet wat wél kan.’  

Beenakker benoemt ook de enorme belofte die de quantumcomputer met zich meebrengt als het gaat om geld, banen, maar ook om het uitroeien van zeldzame ziekten. Kunnen deze beloften worden waargemaakt? ‘Quantumfysica heeft al enorm veel impact gehad op onze samenleving,’ zegt hoogleraar Lieven van der Sypen (TU Delft) en initiatiefnemer van het platform Quantum Inspire, een prototype van een quantumcomputer die is opengesteld voor iedereen. Quantumfysica heeft er namelijk al voor gezorgd dat we onder meer lasers kunnen gebruiken. Van der Sypen laat ons achter met de oproep: ‘Quantum: do try this at home!’ Er zit niets anders op dan de technologische toekomst met quantumcomputers te omarmen. Maar hoe gaat quantum onze wereld veranderen? Professor-ingenieur Deborah Nas pleit voor het dichten van de kloof tussen quantum-experts en non-experts. Aan de hand van een fragment van de toekomst voorspellende sciencefictionschrijver Arthur C. Clark uit 1964, waarin Clark voorspelt dat we rond 2014 niet op dezelfde fysieke locatie hoeven te zijn om te werken, stelt Nas dat je de toekomst kunt voorspellen en er tegelijkertijd ontzettend naast kan zitten. Clark voorspelde namelijk ook dat steden in onze tijd niet meer zouden bestaan.

Een wellicht onvoorspelbare toepassing van quantum is het ontstaan van quantummuziek. Quantumcomputers werken met qubits (een qubit is een eenheid van quantuminformatie), waar een bit 1 óf 0 is, kan een qubit tegelijkertijd 1 of 0 zijn, aan én uit. Quantummuzikant Andrija Pavlović liet vallen dat hij zich soms een qubit voelt; hij is componist/pianist én wetenschapper binnen het project Quantum Music.

Wil je meer lezen over hoe Pavlović te werk gaat? Lees dan het interview ‘Andrija Pavlović over quantummuziek.’

Auteur van het boek Kwantumfysica begrijpelijk gemaakt en docent Academie voor Geesteswetenschappen Paul van Leeuwen begon zijn betoog met de stelling: ‘informatie is de olifant in de kamer’. Want wat ís informatie eigenlijk en voor wie of wat heeft informatie betekenis? Inmiddels was niet het begrip ‘informatie’ de olifant in de kamer maar mijn beperkte bevattingsvermogen. Ik nam me prompt voor het boek van Van Leeuwen te bestellen en dacht nog maar eens aan die opmerking van Feynman. 

Waag Futurelab’s vertrekpunt ‘technologie is niet neutraal’ (uit het essay A Cyborg Manifesto van Donna Haraway) werd onderstreept door het inspirerende verhaal van researcher Responsible-AI Oumaima Hajri. Hajri brengt haar expertise over AI mee zodat we kunnen leren van wat er mis kan gaan als nieuwe technologie wordt ingezet in de samenleving. ‘Je kunt AI op verschillende niveau’s bekijken: als een instrument of infrastructuur maar ook als een ideologie.’ De ontwikkelingen rondom quantumcomputers komen met een enorme potentie, maar ook met een verantwoordelijkheid. Want wie draaien er aan de knoppen en wie plukken er de vruchten van? Tijd voor een vervolg van dit gesprek, waarbij de brug nog sterker wordt tussen quantumexperts en non-experts over de maatschappelijke impact van de quantumcomputer op onze samenleving.

Wil jij op de hoogte blijven van co-creatie workshops en/of publieksprogramma’s over quantum? Schrijf je in voor de nieuwsbrief. 

Dit blog maakt deel uit van het project Quantum Inspire waarbij Waag meer gebruikers toegang wil geven tot de technologie zodat zij zelfstandig quantumalgoritmen kunnen programmeren en uitvoeren. Waag zal samen met gebruikers de implicaties van quantum computing voor de samenleving onderzoeken.