‘Ik was blij verrast’, vertelt natuurkundige Jordi Tura. Hij is een van de drie Leidse wetenschappers die de KNAW Heineken Young Scientist Award heeft gewonnen. ‘Het is mooi dat de theoretische kanten van quantumonderzoek ook erkenning krijgen. Ik heb geen chic lab waar ik aan quantumcomputers sleutel, maar kijk vooral naar wiskundige vergelijkingen. Ik ben blij dat de jury ook zulke dingen ziet.’

Tura won de prijs onder meer voor zijn werk aan de stelling van Bell, die zegt dat de contra­intuïtieve, op kans gebaseerde effecten van quantummechanica niet zijn te verklaren door klassieke natuurkunde. Hij wist deze stelling te veralgemeniseren, zodat het ook van toepassing is op grote groepen deeltjes. Deze verbetering van de stelling is een belangrijke stap in het maken van quantumcomputers, een nieuw apparaat met een rekenkracht die alle bestaande computers te boven gaat.

Waar klassieke computers gebruikmaken van bits, die een één of een nul kunnen zijn, hebben quantumcomputers qubits, die op hetzelfde ogenblik een combinatie van enen en nullen kunnen zijn en zo tegelijkertijd meerdere berekeningen kunnen uitvoeren. Een klein aantal qubits bezit daardoor al een enorme rekenkracht in vergelijking met klassieke computers die alle berekeningen achter elkaar verrichten.

En die enorme rekenkracht is ook echt enorm. Een computer met 10 qubits heeft evenveel geheugen als een gewone computer met 16.000 bit. Verhoog je het aantal qubits naar 500, dan zou je al meer gewone bits nodig hebben dan er atomen in het hele universum zijn.

Het probleem waarvoor wetenschappers nu een oplossing proberen te bedenken is dat als je een qubit probeert uit te lezen, het zijn quantum-eigenschappen verliest en terugvalt tot een enkele een of nul: een gewone bit. Weg is de qubit, en daarmee ook de enorme rekenkracht.

Terwijl wetenschappers over de hele wereld bezig zijn om een werkende quantumcomputer met stabiele qubits te bouwen, kijkt theoreticus Tura al verder vooruit. Want de revolutie in rekenkracht heeft ook grote gevolgen voor digitale versleuteling. Een wachtwoord dat een klassieke computer pas na jaren heeft gekraakt, kan een quantumcomputer wellicht in een oogwenk achterhalen.

Daarom wordt er al druk nagedacht over quantum-proof versleuteling. Tura: ‘Als Google beweert dat ze met hun quantumcomputer een goede versleuteling voor je hebben gemaakt, moet je dan maar geloven dat het echt zo is? Ik wil kunnen testen of het een echte quantum­computer is en niet stiekem een normale computer. Omdat het onmogelijk is om een quan­tumcomputer te simuleren op een gewone computer, probeer ik problemen te bedenken die alleen een echte quantumcomputer op kan lossen.’

Quantumcomputers blinken uit in het modelleren van natuurkundige processen, bijvoorbeeld hoe deeltjes bewegen in een gaswolk. Een normale computer zou daar al snel op vastlopen door de enorme hoeveelheid berekeningen die vereist zijn om elk individueel deeltje in het gas te simuleren.

Voor quantumcomputers is het echter een peulenschil — en voor Tura een geschikte proef: ‘Als de computer de simulatie heeft voltooid kan ik vragen naar de positie van een bepaald deeltje. Ik heb de test bedacht, dus ik weet wat de uitkomst zou moeten zijn. Zo kan ik checken of de simulatie correct is uitgerekend en dat het echt om een quantumcomputer gaat. En omdat er zo veel variabelen zijn, kan je het niet faken, want je kan niet van tevoren weten naar welk deeltje ik ga vragen.

‘Omdat quantumcomputers op dit moment nog niet heel goed werken is het een uitdaging om een test te verzinnen die te moeilijk is voor een klassieke supercomputer, maar nog net haalbaar is voor de eerste generatie quantumcomputers die bedrijven als IBM en ­Google nu maken.’