Computing heeft de afgelopen decennia een ongelooflijk lange weg afgelegd. We bevinden ons midden in een technologische revolutie, waarbij machines met het jaar geavanceerder worden. Twee bijzonder geavanceerde uitvindingen, de supercomputer en de kwantumcomputer, hebben massa's toepassingen en mogelijkheden. Maar wat is het verschil tussen een supercomputer en een kwantumcomputer, en wat is beter?
Wat is een supercomputer?
Supercomputers zijn enorme systemen die hele kamers kunnen overspannen. Deze machines lijken in niets op uw typische desktop-pc of laptop. Integendeel, supercomputers bestaan uit grote groepen processors, die allemaal samenwerken om een bepaald doel te bereiken.
Supercomputers ontstonden voor het eerst in de jaren zestig, bij de oprichting van de CDC (Control Data Corporation) 6600. Dit wordt beschouwd als de eerste ooit gebouwde supercomputer en was destijds ongeveer tien keer krachtiger dan de standaardcomputers. Maar sindsdien is er een lange weg afgelegd.
De supercomputers van vandaag zijn op zijn zachtst gezegd extreem krachtig. Maar dit is natuurlijk allemaal relatief. De CDC 6600 was een fenomeen in de informatica, maar zou tegenwoordig als niets bijzonders worden gezien. Het duurde tenslotte maar een half decennium voordat het werd overtroffen door de CDC 7600. Houd daar dus rekening mee bij het overwegen van de kracht van supercomputers vandaag.
Supercomputers kunnen net als je eigen pc data verwerken en opslaan, maar gaan veel verder dan dat. Deze machines kunnen ongelooflijk complexe berekeningen en simulaties uitvoeren die nooit zouden kunnen worden bereikt door mensen of de computers die we allemaal in ons dagelijks leven gebruiken. Ze kunnen ook snel processen uitvoeren waar een gewone computer maanden of jaren over kan doen.
Een moderne supercomputer zou bijvoorbeeld het resultaat van een nucleaire explosie kunnen voorspellen, zeer complexe modellen van de hersenen kunnen produceren en zelfs simulaties kunnen uitvoeren van de oorsprong van het universum. De mogelijkheden van deze machines zijn enigszins verbluffend en zijn nuttig gebleken in een groot aantal verschillende industrieën.
Maar in wezen hebben supercomputers dezelfde moeren en bouten als gewone computers. Het verschil is dat deze computers enorm zijn en uit duizenden of honderdduizenden bestaan CPU's (centrale verwerkingseenheden), en hebben daarom een veel hogere verwerkingskracht dan uw standaard pc. De computer die u dagelijks gebruikt, heeft waarschijnlijk een handvol CPU-kernen, en sommige hebben er maar één. Stel je dus voor wat er zou kunnen worden bereikt als zijn kracht vele, vele malen zou worden vergroot.
Supercomputers zijn fascinerend, maar ongelooflijk duur om te bouwen en te onderhouden. Miljoenen dollars kunnen in een enkele supercomputer worden gestoken en er zijn enorme hoeveelheden elektrische energie nodig om ze in bedrijf te houden.
En zelfs deze zeer geavanceerde machines hebben hun beperkingen. Met name de capaciteiten van supercomputers zijn beperkt tot hun grootte. De supercomputers van vandaag zijn al enorm en kosten veel geld om te exploiteren. Dus hoe groter een supercomputer wordt, hoe duurder hij wordt.
Bovendien genereren supercomputers enorme hoeveelheden warmte die moeten worden afgevoerd om oververhitting te voorkomen. Al met al is het gebruik van supercomputers een zeer kostbaar en uitputtend proces. Daarnaast zijn er enkele problemen die supercomputers niet kunnen oplossen simpelweg omdat ze te complex zijn.
Een relatief nieuwe speler in het computerspel zou echter het vermogen kunnen hebben om supercomputers te overtreffen en te bereiken wat ze niet kunnen: kwantumcomputers.
Wat is een kwantumcomputer?
De concept van kwantumcomputing ontstond voor het eerst in de jaren tachtig. Gedurende deze tijd hebben pioniers als Richard Benioff, Richard Feynman en Yuri Manin bijgedragen aan de ontwikkeling van de quantum computing-theorie. Maar op dit moment was kwantumcomputing slechts een idee en was het nog nooit toegepast in een echte wereld.
Achttien jaar later, in 1998, creëerden Isaac Chuang, Neil Gershenfeld en Mark Kubinec de eerste kwantumcomputer. De verwerkingssnelheid van deze computer is rudimentair in vergelijking met de meest geavanceerde kwantumcomputers van vandaag, maar de ontwikkeling van deze eerste machine in zijn soort was ronduit revolutionair.
Zoals je in de bovenstaande afbeelding kunt zien, lijken kwantumcomputers helemaal niet op gewone computers. Dit komt omdat ze op drastisch verschillende manieren werken. Terwijl computers en supercomputers binaire code gebruiken om informatie op te slaan, gebruiken kwantumcomputers kleine eenheden die bekend staan als qubits (of kwantumbits).
Qubits zijn onvoorstelbaar klein. Ze zijn gemaakt van nog kleinere kwantumsystemen, zoals protonen en elektronen, de fundamentele componenten van atomen. Het mooie van qubits is dat ze in meerdere toestanden tegelijk kunnen bestaan. Laten we dit opsplitsen.
Binaire code is precies dat, binair. Dit betekent dat bits alleen kunnen bestaan als een nul of een één, wat beperkend kan zijn als het gaat om het uitvoeren van geavanceerde processen. Aan de andere kant kunnen Qubits tegelijkertijd in meerdere toestanden bestaan, ook wel kwantumsuperpositie genoemd. Qubits kunnen ook kwantumverstrengeling bereiken, waarbij paren qubits aan elkaar gekoppeld worden.
Met behulp van kwantumsuperpositie kunnen kwantumcomputers meerdere qubit-configuraties tegelijk overwegen, waardoor het veel gemakkelijker wordt om zeer complexe problemen op te lossen. En door kwantumverstrengeling kunnen twee qubits in dezelfde staat bestaan en elkaar op wiskundig voorspelbare manieren beïnvloeden. Dit draagt bij aan de verwerkingscapaciteit van kwantumcomputers.
Over het algemeen geeft het vermogen om meerdere toestanden tegelijkertijd te beschouwen kwantumcomputers de potentieel om extreem complexe berekeningen op te lossen en voer zeer geavanceerde simulaties uit.
Op dit moment werken verschillende bedrijven aan de ontwikkeling van quantumcomputers, waaronder IBM en Google. Bijvoorbeeld volgens Nieuwe wetenschapper, beweerde Google in 2019 dat zijn kwantumcomputer, Sycamore, een supercomputer overtrof in zijn mogelijkheden. Google verklaarde dat Sycamore in 200 seconden een berekening zou kunnen oplossen die een supercomputer 10.000 jaar zou kosten om te voltooien.
Maar slechts twee jaar later, nogmaals, volgens Nieuwe wetenschapper, werd in China een niet-kwantumalgoritme ontwikkeld dat het voor gewone computers mogelijk maakte om op te lossen hetzelfde probleem in slechts een paar uur, wat betekent dat een supercomputer het zeker zou kunnen oplossen, te.
Er hangt dus een grote "als" boven het hele gebied van kwantumcomputing. Deze technologie staat nog in de kinderschoenen en heeft nog een lange weg te gaan voordat er op kan worden vertrouwd als alternatief voor supercomputers.
Kwantumcomputers zijn ongelooflijk moeilijk te bouwen en te programmeren en hebben nog steeds hoge foutpercentages. Bovendien maakt de huidige rekenkracht van kwantumcomputers ze volstrekt ongeschikt voor typische toepassingen. Als gevolg hiervan zijn er veel groeipijnen die quantum computing moet doormaken voordat het een betrouwbare en veelgebruikte technologie wordt.
Supercomputers zijn de Go-To voor nu
Hoewel kwantumcomputers het potentieel hebben om supercomputers enorm te overtreffen, is dit nog steeds grotendeels hypothetisch. Op een dag kunnen we quantumcomputing zien oprukken tot het punt waarop supercomputers niet langer nodig zijn. Het valt niet te ontkennen dat er op dit gebied al enorme ontwikkelingen zijn geweest. Maar voorlopig bevinden kwantumcomputers zich nog in de kinderschoenen en het kan tientallen jaren duren voordat ze mainstream worden.