Misschien ken je hem wel van de Universiteit van Nederland: prof. dr. Harry Buhrman. Hij is onderzoeker bij het Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI) en richtte een van ’s werelds eerste onderzoeksgroepen naar de kwantumcomputer op. Een mannending? Nee hoor, want promovenda Yfke Dulek doet onderzoek naar hetzelfde onderwerp. We spraken ze over recepten en algoritmes, maar ook over computers in je afstandsbediening en de kwantumrevolutie.

Yfke, jij hebt een bachelor Kunstmatige Intelligentie gevolgd. Waarom?

Yfke: “Op de middelbare school had ik een NT-profiel, maar ik vond bijvoorbeeld Latijn ook fantastisch. Ik kwam tot de conclusie dat ik het herkennen van logische verbanden en structuren leuk vond. In de kunstmatige intelligentie probeer je zulke abstracties te maken voor taken waar ‘intelligentie’ voor nodig lijkt te zijn, bijvoorbeeld teksten vertalen of autorijden. Het doel is om een algoritme te verzinnen zodat een computer de taak kan uitvoeren.”

Harry: “Ik vergelijk een algoritme altijd met een recept voor appeltaart. Volgens het recept klop je de eieren, snij je de appels in blokjes, mix je de ingrediënten en zet je de bakvorm in de oven. Als je die stappen netjes volgt, krijg je een appeltaart. Een algoritme werkt precies hetzelfde. De ingrediënten zijn de invoer, en in het recept staan de stappen die je computer moet volgen. Klopt het recept, oftewel het algoritme, dan rolt het juiste antwoord uit de computer.”

“Ik vergelijk een algoritme altijd met een recept voor appeltaart”

Terug naar jouw studie, Yfke. Je hebt je bachelor cum laude afgerond, maar was ook actief voor de Introcommissie, Symposiumcommissie en het bestuur van de studievereniging… Druk!

Yfke: “”Zeker! Maar hoe cliché het ook klinkt, een studie- of studentenvereniging is een fantastische toevoeging op je studententijd. Je kunt heel makkelijk lid worden van een commissie die een activiteit organiseert, zoals het introductiekamp. Het is een hele leuke manier om waardevolle ervaring op te doen. Daarnaast was hard studeren natuurlijk niet mijn favoriete bezigheid op de vrijdagavond, maar ik vulde mijn vrije ruimte in met exacte vakken en wiskunde. Dat vond ik zó leuk, dat het veel makkelijker was om mezelf ertoe te zetten.”

Je bent ook een tijdje student-assistent geweest. Wat doet een student-assistent, en kan iedereen dat worden?

Yfke: “Een student-assistent is een ouderejaars student die de docent helpt bij het doceren van een vak. De student heeft het vak zelf al eens met goed resultaat gehaald, en kan daarom helpen bij het begeleiden van labsessies of werkgroepen, het nakijken van huiswerk, et cetera. Vaak krijg je er ook voor betaald, dus dan is het een bijbaan die perfect bij je studie past. Belangrijk is dat je het vak zelf leuk vindt.”

 

Voor haar masterscriptie ontwikkelde Yfke een nieuw algoritme voor een kwantumcomputer. Wat is dat precies, Harry?

Harry: “Vanwege fysieke beperkingen kunnen onze computers bijna niet meer sneller worden. Daarvoor moeten de componenten dichter op elkaar komen, maar kleiner dan dit kán niet meer. Je krijgt te maken met atomen, en met kwantummechanica. Die kwantummechanische effecten bieden ons een nieuwe methode waarmee je op een andere manier berekeningen uit kunt voeren. Een kwantumcomputer, dus.

De gewone computer werkt met bits. Een bit is altijd 0 óf 1. Maar een kwantumcomputer werkt met kwantumbits, die kunnen 0 én 1 tegelijkertijd zijn. Een kwantumcomputer is anders om te bouwen én om te programmeren. Het is niet per definitie een snellere computer, zoals veel mensen denken, maar het is een ándere computer. De kracht zit hem in superpositie: dat betekent dat je twee dingen tegelijkertijd bent. Kwantumbits kunnen meerdere berekeningen tegelijkertijd doen. Dat kan een normale computer niet.”

“Een kwantumcomputer is niet per definitie een snellere computer. Het is een ándere computer”

Dat klinkt als een supercomputer. Waarom gebruiken wij die nog niet allemaal?

Harry: “Er is één groot nadeel: als je zoveel berekeningen tegelijkertijd kunt doen, hoe haal je dan het antwoord daaruit? Voor kwantummechanica geldt dat als je kijkt naar één antwoord, alle andere berekeningen verdwijnen. Je kunt eventueel gebruikmaken van een soort noise cancelling waarbij alleen de goede berekening overblijft, maar dat werkt alleen voor hele specifieke problemen. We weten niet precies voor welke. Wel kunnen we al codes kraken met de kwantumcomputer, zoals het groene slotje in je browser als je een zogenaamde ‘veilige’ website bezoekt. Met kwantumcomputers is dat niet meer veilig.”

Voor haar masterscriptie kreeg Yfke de KHMW Scriptieprijs uitgereikt. Yfke, waar ging jouw scriptie over?

Yfke: “In de groep van Harry Buhrman werkte ik aan het ontwikkelen van een nieuw algoritme voor de kwantumcomputer. Omdat kwantumcomputers totaal anders werken dan gewone computers, moeten we alles van de grond af aan opnieuw bedenken. Mijn scriptie ging over het beveiligen van data. Het algoritme uit mijn scriptie beschrijft hoe een kwantumcomputer in de cloud berekeningen kan uitvoeren op jouw data, terwijl die data altijd versleuteld blijft – en alleen voor jou toegankelijk.”

Harry: “Met de kwantumcomputer wordt een heleboel cryptografie gebroken. Hoewel dat negatief klinkt, kun je er ook goede dingen mee doen. Het is een voorloper van enorm veel andere toepassingen. Om die te kunnen vinden, hebben we veel nieuwe mensen nodig die een studie als informatica, natuurkunde of wiskunde hebben gedaan Wij denken echt dat dit een kwantumrevolutie teweegbrengt.

 

Toen IBM in de jaren ’50 de eerste gewone computer uitbracht, schijnt de baas te hebben gezegd: ‘ik zie geen wereldmarkt voor meer dan vijf computers’. Hij dacht dat een paar computers misschien interessant waren voor de wetenschap, meer niet. Moet je nagaan hoeveel computers je nu thuis hebt! En dan bedoel ik niet alleen je laptop. Computers zitten ook in je wasmachine, magnetron, afstandsbediening, enzovoorts.”

“De baas van IBM zag destijds geen wereldmarkt voor meer dan vijf computers”

Yfke vond het onderwerp zo interessant, dat zij besloot te promoveren op dit onderwerp. Hoe werkt dat, Yfke?

Yfke: “Als promovenda werk ik vier jaar lang onder begeleiding als onderzoeker aan de universiteit. Ik probeer nieuwe algoritmen te bedenken, of juist aan te tonen dat sommige algoritmen niet kunnen bestaan of niet snel kunnen zijn. Ik krijg veel vrijheid om te werken aan de onderwerpen die ik interessant vind, en werk samen met mensen van over de hele wereld. Na vier jaar schrijf ik al mijn bevindingen op en krijg ik daarvoor de titel “PhD”.