Quantum computing, dat natuurverschijnselen uit de kwantummechanica benut, wordt beschouwd als een 'gamechanger' met de potentie om talloze maatschappelijke en economische sectoren te transformeren. Hoewel de technologie zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt en er nog technische uitdagingen zijn, worden de mogelijke toepassingen steeds duidelijker. Bedrijven en overheden investeren in de ontwikkeling ervan.
Hieronder de marktsegmenten en concrete toepassingen die reeds operationeel zijn of veelbelovend zijn voor de nabije toekomst.
Financiële dienstverlening
De financiële sector wordt gezien als een van de eersten die profiteert van quantumcomputers. Quantumcomputers kunnen financiële modellen drastisch verbeteren door om te gaan met de complexiteit en enorme hoeveelheden gegevens van moderne financiële markten.
Concrete toepassingen zijn onder meer:
- Portfolio-optimalisatie: het selecteren van de optimale mix van beleggingen met minimalisering van risico.
- Risicobeheer en -analyse, inclusief fraudedetectie, die significant kunnen verbeteren door snellere en nauwkeurigere voorspellingen. JPMorgan test bijvoorbeeld al quantumoplossingen voor optimalisatie en risicobeheer.
- Goldman Sachs, IMB en HSBC onderzoeken of het kan ingezet worden voor de prijsstelling van Derivaten.
- Liquiditeitsoptimalisatie en betalings- en afwikkelingssystemen.
- Het voorspellen van rentes en het detecteren van verdachte transacties in het kader van anti-witwaswetgeving.
- Snellere handel door nauwkeurigere en snelle atoomklokken en oscillatoren.
- wantummachine learning en handelsalgoritmen kunnen handelaren helpen betere beslissingen te nemen en markttrends nauwkeuriger te voorspellen door analyse van grote datasets
Gezondheidszorg, Farmaceutische industrie en Biotechnologie
De ontwikkeling van nieuwe medicijnen en geneesmiddelen wordt versneld door het simuleren van moleculaire structuren en interacties op moleculair of zelfs subatomair niveau met ongekende nauwkeurigheid en snelheid. Dit kan leiden tot de ontdekking van potentiële medicijnkandidaten.
- Gepersonaliseerde geneeskunde en de ontwikkeling van medicijnen op maat.
- Diagnostiek en geavanceerde beeldtechnieken zoals MRI-scans kunnen aanzienlijk verbeteren, waardoor ziekten sneller en nauwkeuriger kunnen worden opgespoord.
- Optimalisatie van klinische proeven, wat kan leiden tot minder fouten en kostenbesparing.
- Simulatie van eiwitstructuren en genetische analyse.
Samenwerkingen zoals die tussen Cleveland Clinic en IBM richten zich op quantumcomputers voor gezondheidsonderzoek. Bedrijven als Menten AI, Aqemia en ProteinQure zijn actief in medicijnontdekking en eiwitmodellering.
Logistiek en Supply Chain Management
Quantum computing kan complexe optimalisatieproblemen aanpakken. Dit omvat:
- Routering en optimalisatie van leveringsroutes.
- Voorraadbeheer en vraagvoorspelling.
- Planning van inzet van medewerkers.
Bedrijven als DHL onderzoeken quantum computing om vertragingen te verminderen en kosten te besparen.
Het beheer van de volledige vervoersinfrastructuur van een stad, inclusief verkeerslichten en autonome voertuigen, behoort tot de mogelijkheden.
Cyberbeveiliging en Versleuteling
Hoewel quantum computing een bedreiging kan vormen voor huidige versleutelingstechnieken, biedt het ook oplossingen.
- De ontwikkeling van quantum-veilige cryptografie (Post-Quantum Cryptography - PQC) is cruciaal om gegevens beter te beschermen.
- Quantum Key Distribution (QKD) maakt veilige communicatie mogelijk door onkraakbare sleutels te genereren. Er zijn al QKD-technologieën geschikt gemaakt voor glasvezelverbindingen. Overheden en de financiële sector investeren preventief in QKD en PQC.
- Veilige authenticatie en autorisatie met kwantumtechnologie is een belangrijk onderwerp, om eenduidig vast te stellen of gegevens worden uitgewisseld met de juiste machine en persoon.
Materiaalkunde en Chemie
- Mogelijk maken van simulaties van complexe materialen en moleculen, inclusief de ontwikkeling van nieuwe materialen, chemie en katalysatoren.
- Quantumcomputers kunnen fundamenteel nieuwe mogelijkheden bieden voor het oplossen van rekenproblemen die buiten de capaciteit van klassieke ICT liggen.
- Optimalisatie van geneesmiddelformuleringen door te voorspellen hoe verschillende verbindingen zich gedragen.
Shell gebruikt quantum computing om chemische reacties te simuleren
Kunstmatige Intelligentie (AI) en Machine Learning (ML)
- Quantum computing kan de ontwikkeling van AI versnellen en rekencapaciteit toevoegen.
- Quantum AI is de kruising van quantum computing en kunstmatige intelligentie, waarbij unieke principes van de quantummechanica worden benut om machine learning en probleemoplossende capaciteiten te verbeteren.
- Het kan patronen en inzichten sneller vinden in grote datasets.
- Optimalisatieproblemen en complexe patroonherkenning worden drastisch versneld.
- Quantum machine learning (QML) algoritmen zoals Quantum Support Vector Machines (QSVM) en Quantum Neurale Netwerken kunnen beter werken met hoog dimensionale gegevens.
- De combinatie van quantum computing en AI zal leiden tot nieuwe doorbraken op gebieden zoals klimaatmodellering en medicijnontdekking.
- Uit het wereldwijde onderzoek van SAS, blijkt dat meer dan 60% van de zakelijke leiders al investeert in of de mogelijkheden van quantum-AI verkent, ondanks dat er zorgen zijn over hoge kosten, een gebrek aan kennis en onduidelijke praktische toepassingen.
Energie en Nutsbedrijven
- Ontwikkeling van nieuwe materialen voor energieopwekking en -opslag.
- Optimalisatie van energieverdeling en -transport.
- Energieprijzen en handelsoptimalisatie.
- Quantum sensing kan worden gebruikt voor in-situ monitoring in de landbouw en geodesie, en voor kunstmatige fotosynthese.
- Oplossen van optimalisatieproblemen zoals het 'unit commitment problem' voor energiecentrales.
- Mogelijk maken van efficiëntere batterijen en energiezuinige supergeleiders.
- Optimalisatie van smart grids en reductie van energiebehoefte van datacenters.
Telecommunicatie
- Quantum communicatie zal op termijn een toevoeging zijn op telecommunicatie-infrastructuur door integratie van bestaande infrastructuur met quantum elementen.
- Nieuwe generaties quantumsensoren (atoomklokken) zullen een plaats krijgen in de infrastructuur voor nauwkeurigere netwerken en hogere transmissiecapaciteit.
- Optimalisatieproblemen voor het sturen van netwerkbelasting, plannen van onderhoud en inrichten van netwerken kunnen worden aangepakt.
- De ontwikkeling van een quantum internet, waarbij quantumcomputers informatie uitwisselen met behoud van quantumeigenschappen en zonder dat informatie kan worden afgeluisterd, is in aantocht.
Google werkt aan quantum cryptografie voor 5G.
Automobiel en Luchtvaart
- Optimalisatie van productieprocessen zoals het 'multi-car paint shop problem'.
- Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties voor jetmotoren en andere ontwerpen.
- Optimalisatie van vluchtplannen en gate-toewijzingen op luchthavens.
- Verbeterde objectherkenning voor zelfrijdende auto’s.
- Windtunnel simulaties voor gedrag van vliegtuigontwerpen in extreme omstandigheden.
Hyundai en Airbus werken samen met IonQ aan quantum computing voor complexe uitdagingen zoals logistiek en vliegtuigontwerp.
Overheid en Publieke sector
- Overheden over de hele wereld investeren fors in quantumtechnologie en zien een centrale rol voor nationale veiligheid en economische groei.
- Toepassingen in defensie en inlichtingenanalyse verbeteren de precisie van sensoren en communicatiesystemen.
- Quantumcomputers kunnen bijdragen aan het begrijpen van complexe klimaatmodellen en voor weersvoorspellingen. 1QBit werkt al aan weersvoorspellingen met quantum computing.
- Gebruik van quantum sensoren voor kostenbesparing in aanleg infrastructuur.
- Preventieve investeringen in QKD en PQC voor het veiligstellen van dataverkeer.
Landbouw, Water en Voedsel
- Quantum chemie/kunstmest, kunstmatige fotosynthese.
- Quantum sensing voor in-situ monitoring en geodesie.
- Fotosynthese sensoren voor precisielandbouw.
- Vloeistofsimulaties voor waterhuishouding.
- Optimalisatieproblemen in de agrovoedselvoorzieningsketen.
De use case met Rijkswaterstaat wordt uitgediept op nationale testbeds.
Productie
Optimalisatie van productieprocessen en de productie van nieuwe materialen, machines en gereedschappen, mogelijk gecontroleerd door quantum computing, AI en machine learning.
Hightech Systemen en Materialen & ICT
- Innovaties zullen primair plaatsvinden op het snijvlak van deze sectoren, met toepassingen in legio andere sectoren op de lange termijn.
- Nederland is goed gepositioneerd in de halfgeleiderindustrie voor de fabricage van qubits en system engineering.
- Verbeterde AI-algoritmen, snellere zoekmachines en slimmere cybersecurity-oplossingen.
- NASA gebruikt Azure Quantum voor optimalisatie van communicatie met ruimtevaartuigen.
- Ontwikkeling van componenten en subsystemen voor sensoren.
- Ontwikkeling van onderdelen en subsystemen voor quantumcomputers.
- Ontwikkeling van nieuwe programmeertalen.
De ontwikkeling van quantumtechnologie is dynamisch en kent nog aanzienlijke onzekerheden, waaronder technologische uitdagingen, hoge kosten, een tekort aan gespecialiseerd talent, en het feit dat de 'killer application' nog niet duidelijk is. Tegelijkertijd benadrukken experts de noodzaak om de maatschappelijke, ethische en juridische implicaties proactief te verkennen en te reguleren.
Quantumtechnologie belooft revolutionaire doorbraken in diverse sectoren. Veelbelovende toepassingen omvatten financiële optimalisatie, snellere medicijnontwikkeling, geavanceerde cyberbeveiliging, efficiëntere logistiek, en krachtigere AI. Hoewel de technologie nog in ontwikkeling is, investeren bedrijven en overheden wereldwijd in deze gamechanger voor een transformatieve toekomst. Het is nu de tijd om er al aandacht aan te besteden.
