Komt nu de "kwantumsprong"?

In 2022 verbruikten de datacenters in Duitsland 18 miljard kilowattuur aan energie. Dat is meer dan het energieverbruik van heel Berlijn. En slechts 3% van alle servers wereldwijd bevinden zich in Duitsland. Daarmee lijkt dus duidelijk: Het toenemende belang van IT in alle lagen van de bevolking en industrietakken heeft geen goede invloed op de CO₂-voetafdruk en de opwarming van de aarde. Maar wie beter kijkt, ziet dat het niet zo eenvoudig is. Veel datacenters over de hele wereld zijn precies daar gebouwd waar hernieuwbare energie beschikbaar is, omdat het World Wide Web zijn knooppunten overal kan hebben. Bovendien werken zowel IT-hardwarefabrikanten als datacenter-exploitanten aan het terugdringen van het energieverbruik – met succes. In de afgelopen jaren is het vermogen van Duitse datacenters met 90% gestegen en hun energieverbruik met 63%. Ze zijn dus efficiënter geworden.

Het tempo van digitalisering: Er is nog meer mogelijk

Is er nog meer mogelijk? Zeker weten. Het kan zelfs zijn dat het woord "kwantumsprong", dat staat voor een opzienbarende verbetering in technologie, binnenkort in de ware zin van het woord zal gelden.

Het bewijs is in handen van de Universiteit van Siegen. Daar, in het instituut voor experimentele kwantumoptica, werd in 2010 de eerste kwantumcomputer van Duitsland gebouwd en in gebruik genomen. Die werkt vele malen sneller dan de snelste conventionele "supercomputer". Want terwijl elke "normale" computer binair werkt, d.w.z. opeenvolgende nullen en enen verwerkt, kunnen kwantumcomputers nullen en enen over elkaar heen leggen, d.w.z. parallel verwerken. Men spreekt dan van qubits in plaats van bits. Met 56 qubits wordt de rekenkracht van de krachtigste conventionele supercomputer van dit moment bereikt. Met elke qubit verdubbelt de prestatie, en streefwaarden van veel meer dan 1000 qubits zijn haalbaar. De prestaties nemen dus exponentieel toe en er kunnen taken worden opgelost waar men vandaag de dag niet eens aan durft te denken – met een energieverbruik dat in feite met een kwantumsprong toeneemt (om precies te zijn: met 99,9%) lager is.

Martin Hill is doctor en professor economie aan de Universiteit van Siegen en tegelijkertijd initiatiefnemer en promotor van verschillende startups – en daarnaast lid van de adviesraad van ifm solutions GmbH. In een interview tijdens de ifm SUCCESS DAYS 2023 maakte hij een vergelijking tussen kwantumcomputers en conventionele krachtige computers: "Het grootste high-performance cluster ter wereld beslaat een oppervlakte van ongeveer 20 tennisbanen met serverracks en heeft ongeveer het energieverbruik van een stad met 100.000 inwoners. Onze computer, met dezelfde prestaties, heeft het energieverbruik van een vrijstaand huis. Dan ziet u de verhoudingen en het werkelijk enorme besparingspotentieel."

Maar de voordelen zijn nog niet uitgeput. In veel industriële processen zijn het de moderne besturingssystemen die bijvoorbeeld zorgen voor een energiezuinige en grondstofbesparende werking van installaties en fabrieken. Ze regelen verkeersstromen, afvalwatervolumes of zelfs staalproductie op zo'n manier dat het optimum wordt bereikt met het geringste gebruik van energie en hulpbronnen. En het is precies hier dat kwantumcomputers opnieuw kwantumsprongen mogelijk zullen maken – en dus een belangrijke motor zullen zijn voor een succesvolle klimaatbescherming.

Wanneer computers de klimaatbescherming verbeteren

"Kwantumcomputers voeren berekeningen uit die wij vandaag de dag nog niet eens kunnen berekenen, zoals zeer complexe versies van het handelsreizigersprobleem. Daarbij is het doel om logistieke routes te optimaliseren met behulp van een groot aantal gegevens. Normale computers kunnen deze volledige opsommingen niet berekenen, maar kwantumcomputers wel. Iets soortgelijks geldt voor een heel ander voorbeeld: de simulatie van recepten in de farmaceutische industrie, die gebruikt wordt om de effecten van geneesmiddelen en hun werkzaamheid en ook interacties te berekenen. Dit zijn typische optimalisatieberekeningen waarvoor we in de toekomst kwantumcomputers zullen gebruiken – en zeker ook voor de evaluatie van weer- en emissiegegevens met als doel de klimaatbescherming te verbeteren," zegt Prof. Dr. Martin Hill.

De kwantum(computer)sprong komt eraan

Dus: De kwantumsprong komt eraan. En nu al zorgen in veel industriële processen moderne besturingssystemen en softwaremodules voor een energie- en hulpbronbesparende werking van machines, installaties en complete fabrieken.

Digitalisering heeft bijvoorbeeld al het verbruik van vele gigawatturen energie en de uitstoot van vele tonnen CO₂ bespaard – ook al verbruikt het zelf energie. Niemand heeft nog de totale balans berekend – van de eigen verbruik ten opzichte van de besparingen (en trouwens, een exacte berekening van deze omvang zou nauwelijks mogelijk zijn zonder digitalisering). Maar het ligt voor de hand dat de energiebesparingen dankzij moderne besturingen en computers aanzienlijk hoger zijn dan hun energieverbruik.

Vloek of zegen, bedreiging of kans?

Er is dus geen reden om tegen digitalisering te zijn en kunstmatige intelligentie als een bedreiging te zien. Zoals bij elke nieuwe technologie zijn er kansen, maar ook risico's voor het milieu en de maatschappij. Voor Prof. Dr. Martin Hill wegen de voordelen echter duidelijk op tegen de nadelen: "Ik zie digitalisering als een enorme kans voor de Duitse industrie. Ten eerste kan deze trend niet worden tegengehouden: digitalisering zal op veel gebieden in het leven en op het werk toenemen. We zijn hierin niet koploper, noch in Europa, noch wereldwijd. We hebben dus nog heel wat in te halen. Als we dit niet erkennen en eindelijk goed van start gaan, zullen we ons concurrentievermogen in Duitsland verliezen en zal niet alleen de industrie, maar ook onze samenleving achterop raken. Dus digitalisering: ja! Veel, veel sneller dan voorheen! We hebben veel meer snelheid nodig. Er liggen hier enorme kansen en voordelen."

AI heeft geleiding nodig

En de AI? Bestaat er geen gevaar dat het uit de hand loopt? Martin Hill: "Allereerst is het belangrijk om ook hier de voordelen te zien. Slechts één voorbeeld: In Duitsland besteden artsen ongeveer 60% van hun tijd aan het documenteren en slechts 40% aan patiënten. Als ze in de toekomst AI zoals ChatGPT gebruiken, zal dat natuurlijk grote efficiëntiewinst opleveren – en de patiënt ten goede komen. Maar hier hebben we een gedragscode nodig zodat het gebruik van AI niet moreel en maatschappelijk-ethisch uit de hand loopt. In Denemarken bijvoorbeeld wordt iemands recht op sociale bijstand berekend met AI: Is dat wat men wil? De vraag is gerechtvaardigd. Daarom hebben we voor sommige digitaliseringsgebieden, vooral AI, geleiding nodig."