Kwantumcomputing – Een handleiding voor pioniers

Glazentoren kwantumcomputing

Blijft kwantumcomputing een eeuwige belofte? Volgens Chirag Dekate, een analist bij Gartner, bevindt kwantumcomputing zich nog steeds in een embryonale staat, ‘op zijn best’. Hij praat ons bij over dit fenomeen dat de wereld wellicht zal veranderen. Ooit…

Waar staat kwantumcomputing vandaag de dag? En, als er nu al waarde valt te behalen uit kwantumkansen, hoe doe je dat dan? Gewapend met deze twee vragen, toont Chirag Dekate de Gartner hypecycle voor computerinfrastructuur. “Hier bevindt kwantumcomputing zich bijna op het hoogtepunt van de opgeblazen verwachtingen”, zegt hij.

“Op praktisch niveau is er al wel een en ander gaande, maar een serieus niveau van productiviteit ligt nog minstens tien jaar in de toekomst. Naar alle waarschijnlijkheid zullen leveranciers de komende jaren proberen mee te liften op deze hype. En zoals we wel vaker hebben gezien beloven ze dan ongetwijfeld teveel en leveren ze te weinig. Wie desondanks nu al waarde uit kwantumtechnologie wil halen, krijgt dat alleen voor elkaar als er een compleet en interdisciplinair team bij betrokken is.”

Drie best practices

Gartner verwacht dat tegen 2025 bijna 40 procent van de grote ondernemingen kwantuminitiatieven zal ontwikkelen. Vooralsnog blijft het bij een klein aantal pioniers. Het onderzoeksbureau volgt momenteel vijftig ondernemingen die nu al zijn begonnen aan hun kwantumreis. Naar verwachting zal dat aantal de komende drie jaar verviervoudigen. Op basis van de patronen van deze vijftig pioniers heeft Dekate drie best practices gedestilleerd. Deze vormen de kern van succesvolle kwantuminnovatie. Het is daarom belangrijk dat CIO’s die een kwantumstrategie bouwen in ieder geval deze drie richtlijnen volgen.

1) Geef prioriteit aan de potentiële zakelijke impact bij het selecteren van gebruiksscenario’s.

2) Ontwikkel de juiste vaardigheden in het selecteren van partners. Zoals aangegeven zullen veel aanbieders geen weerstand kunnen bieden aan het ‘oversell-underdeliver’-mechanisme.

3) Bouw een kwantumwerkgroep zodat er een goede focus blijft op het vastleggen van waarde. Voordat hij nader op deze drie focuspunten ingaat, benadrukt Dekate dat kwantumcomputing geen technologie is die zich leent voor algemene doeleinden.

“Het kan niet worden ingezet voor alle denkbare zakelijke problemen, maar heeft een beperkt aantal toepassingen. Waar het inzetbaar is, kan het echter een ontwrichtende impact hebben. Gebieden waar kwantumcomputing zich vooralsnog als veelbelovend heeft ontwikkeld zijn: organisatorische problemen, organische chemie, biochemische simulaties, materiaalwetenschap en security. Wellicht dat hier in de toekomst nog nieuwe gebieden bij zullen komen.”

Selectie van gebruiksscenario’s

Om het potentieel van kwantumcomputing te kunnen oogsten, zijn niet alleen bestaande expertises nodig maar ook nieuwe. “De vereiste aanpak, tools en skills zullen anders zijn dan wat we tot nu hebben gezien”, zegt Dekate. “Werken met kwantumtechnologie is wezenlijk anders dan met klassieke computers. Bijvoorbeeld, in plaats van dat algoritmes worden ontworpen om een probleem aan te pakken, werkt dat bij kwantum andersom: het probleem wordt aangepast aan de algoritmes. Vrijwel alle hedendaagse kwantumcomputers bevinden zich nog in onderzoeksfase, waardoor ze nog niet op enige schaal kunnen worden gefabriceerd.”

De benodigde skills zijn talrijk en in hoge mate gefragmenteerd. Als voorbeeld noemt Dekate de diverse manieren die er nu nog worden gehanteerd om qubits weer te geven, ze te besturen en te beheren. “Terminologie als ‘super geleidend’, ‘neutraal atoom’, ‘gevangen ion’, ‘fotonisch’, en ‘topologisch’ vallen alle onder de noemer kwantumcomputing, maar zijn nieuw voor de meesten van ons. Bovendien zullen de meeste leveranciers met wie een organisatie op dit gebied in zee gaat, ook nieuw zijn.”

Partners en leveranciers

Het huidige landschap van partners en leveranciers laat zich verdelen over de verschillende benaderingen van kwantumcomputing. Gartner bracht de voornaamste van hen in kaart:
• D-Wave -> quantum annealing systems;
• IBM, Rigetti Computing en Google -> superconducting game quantum computing;
• CQC (Honeywell), IonQ en Alpine Quantum Technologies -> trapped ion quantum computing;
• Xanadu -> photonic;
• Pasqal -> neutral atom.
Vanuit de arena van klassieke computeroplossingen komen organisaties als IBM, Microsoft en Amazon met ‘simulated quantum computing’. Dat is een ‘as-a-service’ propositie (QaaS), wat betekent dat een organisatie het vroege potentieel van kwantumtechnologie kan inzetten, zonder daadwerkelijk zo’n systeem aan te schaffen. Fujitsu Digital Annealer en Microsoft begeven zich ook op het terrein van zogeheten ‘quantum inspired computing’. Dit houdt in dat ze het optimalisatieproces dat ‘annealing’ wordt genoemd laten lopen op een klassieke chipset.

Tot slot is er al een flink aantal kwantum service providers actief. Een aantal van hen is goed in het bouwen van programmeertools die een organisatie kunnen helpen bij de aanvang van hun kwantumreis. Zij beginnen ook met het bouwen van een kwantum-kernel, die de basis vormt van plug-and-play ecosystemen.

Het advies van Dekate aan wie aan het begin staat van het kwantumavontuur: “Ga nog niet over tot kostbare aanschaf van systemen, maar laat je helpen door één of meer van de serviceproviders of kies voor de optie van as-a-service.”

De juiste keuze

Hoe kun je het beste navigeren door dit leverancierslandschap? Dekate heeft vier tips om jezelf ervan te verzekeren dat een leverancier of serviceprovider daadwerkelijk de kwantumexpertise in huis heeft om jouw specifieke kernproblemen aan te pakken. “Verken hun roadmaps, zodat je er zeker van bent dat hun planning overeenkomt met jouw tijdschema voor het vastleggen van waarde.

Ten tweede: onderzoek hoe breed hun peer-netwerken zijn, zodat je een goede kans maakt om in contact te komen met andere kwantumpioniers in verschillende sectoren. Bovendien heeft de leverancier dan ervaring met een brede set aan use cases, wat meestal correleert met diens volwassenheid.

Verken ten derde de volwassenheid van het kwantumecosysteem van de leverancier. Dit kun je doen door bijvoorbeeld hun GitHub-archief te bekijken, vooral die van hun softwaretools. Je krijgt een goed idee van een ecosysteem als je ziet hoe vaak problemen worden geïdentificeerd en hoe snel ze worden opgelost. Verzeker jezelf er tot slot van dat er duidelijkheid is over het intellectueel eigendom. Dit betreft de identificatie van gebruiksscenario’s, algoritmes, implementaties en de resultaten. Door deze vier verkenningen uit te voeren, loopt u gegarandeerd minder risico dat u een kat in de zak koopt.”

Dekate adviseert krachtig om kwantuminnovatie toch vooral niet uit te besteden. “Gebruik deze reis om intern de kennis en vaardigheden te ontwikkelen.”

De kwantumwerkgroep

Om überhaupt kans te maken op het creëren van waarde uit kwantuminnovatie is het essentieel dat er een kwantumwerkgroep wordt geformeerd. “Dit is juist zo essentieel,” betoogt Dekate, “omdat kwantumcomputing anders is dan wat we tot nu toe hebben gezien. Het vereist nieuwe organisatiestructuren en -culturen om succesvolle kwantuminitiatieven te ontwikkelen. Bij vrijwel iedere succesvolle kwantumreis die wij tot nu toe zijn tegengekomen, hebben IT-leiders zo’n kwantumwerkgroep opgezet. Deze groep krijgt twee mandaten. Eén: het intern ontwikkelen van skills om de juiste set van partners, leveranciers en use cases te kunnen bepalen. Twee: het continu monitoren van de evolutie van de ecosystemen, want daar komt waardecreatie als eerste bovendrijven.”

Bij de vijftig bedrijven die Gartner nu volgt, signaleert Dekate enkele elementen die de kwantumwerkgroep tot een succes kunnen maken: “Houdt de werkgroep klein. Wat je te allen tijde wilt voorkomen is dat het team zich bureaucratisch gaat gedragen. We hebben gezien dat teams van vijf tot acht mensen de beste resultaten behalen. Ten tweede is het belangrijk dat de teamleden interdisciplinair zijn en daadwerkelijk verschillende domeinen binnen de organisatie overstijgen. Enkele van de disciplines die je in ieder geval in dat team wil hebben zijn: een enterprise-architect, een applicatieontwikkelaar en een infrastructuur- en operatie-specialist.

Tot slot moet de energie van het team zich richten op gebruiksscenario’s. Hanteer daarbij KPI’s die de vrijheid garanderen om te exploreren en risico’s te nemen en die het opbouwen van interne vaardigheden belonen.”

Vijf tips om door de kwantumhype te navigeren

1. Creëer een kwantumwerkgroep – Centraliseer kwantuminitiatieven zodat je kunt focussen op verkenning en zakelijke afstemming.
2. Stimuleer het opbouwen van kwantumvaardigheden binnen jouw organisatie – Gebruik KPI’s die de groei volgen van de koplopers op het gebied van kwantumtoepassingen.
3. Identificeer zakelijke gebruiksscenario’s – Selecteer systemen of servicepartners op basis van hun vermogen om jouw specifieke use cases aan te pakken.
4. Gebruik kwantumcomputing-as-a-service bij de eerste verkenningsactiviteiten – Beperk jezelf niet tot klassieke simulatie alleen, maar ga aan de slag met diverse kwantumtechnologieën.
5. Maak gebruik van peer-netwerken om het leren te versnellen – In de fase van vroege kwantumverkenning is het zaak om overmatige afhankelijkheid van services of outsourcing te vermijden.

Actieplan voor CIO’s

Komende maandag:
• Begin met het onderzoeken welke computerarchitecturen van hogere orde er zijn. Bepaal aan de hand van dat onderzoek of kwantumcomputing een zinvolle keuze is.
• Initieer studiegroepen en interne workshops om het bewustzijn van kwantumcomputing te vergroten.
• Stel een kleine onderzoeksgroep samen voor de eerste verkenning.

De volgende 90 dagen:
• Stel een interdisciplinaire werkgroep voor kwantumcomputing samen.
• Identificeer bedrijfsrelevante applicaties die kunnen profiteren van kwantumcomputing.
• Selecteer op kwantum geïnspireerde oplossingen die echte problemen aanpakken. Gebruik daarbij bestaande algoritmen en werk samen met kwantumadviesbureaus.

De volgende 12 maanden:
• Ontwikkel intern kwantumfysicavaardigheden of huur deze in, om kwantuminitiatieven te ontplooien.
• Minimaliseer risico’s door het evalueren van meerdere QaaS-providers en kwantumgeïnspireerde digitale oplossingen.

Aan de basis van dit artikel staat de keynote van Cirag Dekate ‘CIO’s Strategy Guide to Navigating the Quantum Computing Hype’, uitgesproken tijdens de online Gartner ITxpo in november 2021.

Lees ook:

Gerelateerde berichten...

X