Quantum-middleware: de lijm tussen bits en qubits

Quantumcomputers gaan hoogstwaarschijnlijk een revolutie veroorzaken in de computerwereld. Maar, de toekomst van deze supersnelle rekenaars hangt sterk af van de integratie met traditionele computers. De nabije toekomst is hybride, waar quantum- en traditionele hardware en software naast elkaar bestaan in één systeem. Samen met diverse partners, waaronder BMW en Princeton University, ontwikkelt computerwetenschapper Nishant Saurabh quantum-middleware, dat quantum en klassiek met elkaar verbindt, zodat de twee werelden efficiënt kunnen samenwerken.

Quantumcomputers hebben veel potentie. In een wereld waar bits worden vervangen door qubits, gelden de wetten van de quantummechanica. Omdat deze deeltjes zich fundamenteel anders gedragen, kunnen quantumcomputers met ongekende snelheid informatie verwerken en problemen oplossen die zelfs voor de krachtigste supercomputers te ingewikkeld zijn.

Ondanks de geleidelijke vooruitgang in quantumhardware, gaat de ontwikkeling van quantumalgoritmes veel sneller. Deze algoritmes zijn speciaal ontworpen voor quantumcomputers, maar kunnen ook worden gesimuleerd op een klassieke computer. Als ze inderdaad succesvol zijn, lossen ze een probleem veel sneller op dan hun klassieke tegenhanger, zélfs op klassieke hardware. Dit leidt tot een hybride systeem, waarin zowel quantum- als klassieke technieken worden vertegenwoordigd.

Computerlijm

Onderzoeker Nishant Saurabh werkt aan manieren om de kloof te dichten tussen deze twee werelden. Hij draagt bij aan de ontwikkeling van quantum-middleware: software die ervoor zorgt dat verschillende onderdelen van een hybride systeem, zoals databases, besturingssystemen en applicaties, kunnen communiceren en samenwerken. Sommigen noemen middleware de lijm die alles bij elkaar houdt.

Volgens Saurabh is middleware cruciaal voor hybride systemen en daarmee ook de toekomst van quantumcomputers. Nieuwe quantumsystemen krijgen het vaak moeilijk als ze in gebruik worden genomen, stelt hij. “De belangrijkste oorzaak hiervoor is dat quantumsystemen niet kunnen integreren met bestaande klassieke systemen.”

Beste van twee werelden

Onlangs ontwikkelde Saurabh, samen met collega’s van de Universiteit van München, BMW, Princeton University en National Labs, Pilot Quantum: middleware die op dezelfde manier bronnen (zoals processors en geheugen) en taken (zoals berekeningen) verdeelt en aanstuurt voor zowel quantum- als klassieke computers. Hiermee kunnen gebruikers stappenplannen maken en uitvoeren waarin quantum- en klassieke technieken worden gecombineerd. Voor elke stap wordt gekozen wat het beste werkt voor die specifieke taak. De paper over deze middleware is onlangs geaccepteerd op CCGrid2025, een prestigieuze conferentie op het gebied van de computerwetenschappen.

Technologische revolutie

Volgens Saurabh is het tijd om vooruit te kijken. “De ontwikkelingen in quantumtechnologie gaan gewoon door,” zegt hij. “Om deze nieuwe technologieën goed te kunnen gebruiken en verder op te schalen, moeten we vooruitdenken en manieren vinden om ze slim te integreren. Alleen dan kunnen we echt profiteren van wat quantum ons te bieden heeft.”

Volgens Saurabh kan dit ‘quantum-voordeel’ een echte technologische revolutie teweegbrengen. “Kijk bijvoorbeeld naar AI,” zegt hij. “We benutten nu maar zo’n vijf procent van alle data die AI zou kunnen verwerken. Om echt alles eruit te halen, hebben we quantumcomputers nodig.”