Kwantumcomputing is sneller dan velen hadden verwacht van een theoretische belofte overgegaan in een praktische bruikbaarheid, wat eind 2025 een aanzienlijke verschuiving in de wetenschappelijke capaciteiten markeert. Na jaren van ontwikkeling demonstreren deze machines niet langer alleen maar kwantumfenomenen; ze worden actief gebruikt om complexe systemen te simuleren en te verkennen die voorheen ontoegankelijk waren voor traditionele computers.
Van Feynmans visie tot simulaties uit de echte wereld
De basis voor deze vooruitgang dateert uit de observatie van Richard Feynman uit 1981 dat het effectief simuleren van de natuur een systeem vereist dat is gebouwd op kwantummechanische principes. Tegenwoordig hebben bedrijven als Google en IBM, naast talloze academische instellingen, deze visie gerealiseerd. Hun apparaten zijn nu in staat de werkelijkheid op kwantumniveau te simuleren, wat inzichten op meerdere gebieden oplevert.
Hoge-energiefysica en kwantumvelden
De eerste doorbraken in 2025 kwamen van de hoogenergetische deeltjesfysica. Twee onafhankelijke onderzoeksteams gebruikten Google’s Sycamore-chip (supergeleidende circuits) en QuEra’s chip (koude atomen) om het gedrag van deeltjes in kwantumvelden te simuleren. Deze simulaties zijn weliswaar vereenvoudigd, maar bieden een nieuwe manier om de deeltjesdynamiek te analyseren – een cruciale stap in de richting van het begrijpen van complexe interacties binnen deeltjesbotsers. Het vermogen om deze velden, die bepalen hoe krachten op deeltjes inwerken, te modelleren, is bijzonder waardevol omdat klassieke simulaties worstelen met de tijdsafhankelijke aard van deeltjesgedrag.
Fysica en materiaalkunde van de gecondenseerde materie
Het nut van kwantumcomputers breidde zich uit tot de fysica van de gecondenseerde materie, een veld dat cruciaal is voor de halfgeleidertechnologie. Onderzoekers van Harvard en de Technische Universiteit van München simuleerden exotische fasen van materie die theoretisch voorspeld waren, maar experimenteel moeilijk waar te nemen. Dit markeert een keerpunt; kwantumcomputers voorspellen nu materiaaleigenschappen waar traditionele methoden tekortschieten. De implicaties zijn aanzienlijk en kunnen mogelijk de ontwikkeling van nieuwe materialen met op maat gemaakte eigenschappen versnellen.
Praktische toepassingen in de scheikunde en daarbuiten
De supergeleidende kwantumcomputer Willow van Google werd gebruikt om algoritmen uit te voeren voor het interpreteren van Nuclear Magnetic Resonance (NMR)-spectroscopiegegevens, een standaardtechniek in biochemisch onderzoek. Hoewel de huidige demonstraties de klassieke computers niet overtreffen, suggereert de onderliggende wiskunde dat kwantumalgoritmen uiteindelijk ongekende moleculaire details kunnen ontsluiten. Het tempo van hardwareverbetering zal bepalen wanneer dit potentieel wordt gerealiseerd.
Supergeleiding en metamaterialen
Verdere verbeteringen omvatten simulaties van supergeleiding met behulp van Quantinuum’s Helios-1 gevangen ionencomputer. Het modelleren van materialen zonder elektrische weerstand is essentieel voor efficiënte elektronica en duurzame energienetwerken, maar praktische supergeleiders blijven ongrijpbaar. Kwantumsimulaties van belangrijke wiskundige modellen zouden de ontdekking van materialen met deze eigenschappen kunnen versnellen. Op dezelfde manier simuleerden IBM-kwantumcomputers metamaterialen – technische materialen met unieke eigenschappen – waardoor het onderzoek naar katalysatoren, batterijen en licht-naar-elektriciteitsomzetters mogelijk werd bevorderd.
Onderzoek naar extreme natuurkunde: neutronensterren en het vroege heelal
De Universiteit van Maryland en de Universiteit van Waterloo gebruikten een kwantumcomputer met gevangen ionen om de sterke kernkracht te modelleren, een fundamentele interactie die materie bij extreme dichtheden regelt. Dit onderzoek, hoewel bij benadering, biedt nieuwe inzichten in neutronensterren en het vroege heelal, waar deze krachten domineren.
De voortdurende race: benchmarking en kwantumvoordeel
Ondanks deze vooruitgang blijven er uitdagingen bestaan. Kwantumcomputers zijn nog steeds foutgevoelig en vereisen nabewerking om onnauwkeurigheden te beperken. Benchmarking met klassieke computers is ook complex, omdat traditionele methoden snel blijven verbeteren. IBM’s nieuwe ‘quantum voordeel tracker’ heeft tot doel een transparant klassement te bieden van waar kwantumcomputers beter presteren dan klassieke machines.
Conclusie
Het afgelopen jaar heeft aangetoond dat kwantumcomputers niet langer slechts theoretische hulpmiddelen zijn, maar actieve deelnemers aan wetenschappelijke ontdekkingen. Hoewel er kanttekeningen en benaderingen blijven bestaan, valt de verschuiving niet te ontkennen: deze machines maken nu onderzoek mogelijk dat voorheen onmogelijk was, wat een aanzienlijke sprong voorwaarts betekent in ons vermogen om het universum te simuleren en te begrijpen. Het tempo van de vooruitgang suggereert dat 2026 nog meer kwantumverrassingen zou kunnen brengen.
