Tekst Michael Simon
Foto en beeld: Cheeseworks / Klapstuk
Charlotte Rugers over technologische revolutie
Een rugzak met een sensor die op afstand ziet of en wat voor wapens iemand met zich meedraagt. Onderzeeboten die vele malen langer onder water kunnen blijven en navigatiesensoren die extreem nauwkeurig zijn en niet afhankelijk van GPS. Quantumtechnologie biedt ongekende mogelijkheden en de ontwikkeling ervan staat dan ook hoog op de agenda bij de NAVO en Defensie. Binnen de Nederlandse krijgsmacht is Charlotte Rugers (COMMIT/JIVC) verantwoordelijk voor de ontwikkeling ervan. “Aan ons de taak niet verrast te worden.”
Richard Feynman zei ooit: “Als je denkt dat je de quantummechanica begrijpt, dan heb je het niet begrepen.” Nee, de Amerikaanse natuurkundige en Nobelprijswinnaar (1918-1988) was geen groot motivator voor wie het natuurkundig verschijnsel wil doorgronden. Charlotte Rugers glimlacht als ze met de uitspraak geconfronteerd wordt. “Waar hij vooral op doelt, is dat het lastig te begrijpen is, omdat het tegen de menselijke intuïtie ingaat.”
‘Quantummechanica is lastig te begrijpen omdat het tegennatuurlijk voelt’
Correlatie
Dus quantummechanica in ‘t kort uitleggen, is op z’n zachtst gezegd een uitdaging. “Het is de leer van de allerkleinste deeltjes, dus waar de hele wereld op gebouwd is. Die gedragen zich nét iets anders dan wij kunnen waarnemen met onze zintuigen.” Als voorbeeld noemt ze entanglement, ofwel ‘verstrengeling’. “Dat slaat op de sterke correlatie tussen deeltjes.” Voorbeeld? “Je haalt ze uit elkaar. Een deeltje blijft op aarde, de ander naar de maan. Als een van die deeltjes een reactie heeft, dan heeft dat direct een effect op dat andere deeltje. Dus zonder dat daar een zichtbare link tussen zit. Dat voelt voor ons heel tegennatuurlijk.”
Nederland gastheer quantumsymposium
In Amsterdam vond op 3 en 4 oktober het NAVO-evenement Quantum Technology for Defence and Security plaats. Enkele honderden belangstellenden kwamen twee dagen samen om informatie uit te wisselen, te netwerken en om kennis op te doen. Het symposium was toegankelijk voor mensen uit NAVO-landen, Zwitserland en samenwerkingspartners van de NAVO (enhanced opportunity partnership) Australië, Japan en Zweden. Charlotte Rugers: “Het totale quantumspectrum was aanwezig. Van computers met algoritmes tot sensoren en communicatiesystemen en daarnaast was er aandacht voor weerbaarheid tegen quantumontwikkeling.”
Manipuleren
Het is uiteraard maar één van de eigenschappen van quantummechanica. Maar veel belangrijker qua ontwikkeling is de menselijke invloed hierop. “De eigenschappen kunnen we al vrij lang waarnemen, dat is niks nieuws”, zegt Rugers. “Maar tegenwoordig kunnen we ze manipuleren en inzetten voor nieuwe functionaliteiten. Die - voor het gevoel - tegennatuurlijke eigenschappen kunnen we bijvoorbeeld gebruiken om te rekenen met quantumcomputers. Maar je kunt ze ook isoleren om er een heel nauwkeurige sensor van te maken.”
Hoog op de agenda
Rugers werkt al sinds 2014 voor Defensie in diverse functies en is sinds januari 2023 verantwoordelijk voor het quantumtechnologiedossier. “Binnen de krijgsmacht wordt quantumtechnologie nog niet actief ingezet. We zitten in de verkennende fase en zijn nog altijd veel aan het ontdekken.” De NAVO heeft quantumtechnologie geclassificeerd als emerging and disruptive technology. Eentje waar meer kennis over opgebouwd moet worden.
Rugers: “Met disruptive wordt bedoeld dat de werkwijze van operaties zou kunnen veranderen als de technologie volwassen is. Bijvoorbeeld sensoren waardoor onderzeeboten langer onder water kunnen blijven of krachtige quantumcomputers die encrypties kunnen kraken die nu wereldwijd de standaard zijn. Emerging betekent zoveel als; we weten er nog niet zoveel van, maar het komt eraan en we moeten dit verder onderzoeken. Voor onze krijgsmacht doen wij dat bij de afdeling kennis, innovatie, experimenten en simulatoren (KIXS). Dat is de innovatietak van het JIVC (de IT-directie van COMMIT). We proberen ervoor te zorgen dat we niet verrast worden als het op quantumtechnologie aankomt.”
‘Wij bekijken of wat er geschreven is over deze technologie al in de praktijk uitvoerbaar is’
Praktijk
Daarvoor werkt de afdeling samen met onder meer onderzoeksinstituut TNO en diverse universiteiten. “We kijken hoe ver dat wat opgeschreven is over quantumtechnologie, al in de praktijk uit te voeren is. Kun je er al systemen of sensoren van bouwen, hoe ver zijn quantumcomputers precies, welke algoritmes kun je erop draaien en zijn die zwaar genoeg te maken om relevant te zijn voor Defensie.”
Wie een beetje koppen snelt via Google krijgt de indruk dat quantumcomputers de huidige supercomputers (die gebruikt kunnen worden bij het ontwikkelen van onder meer kernwapens) decimeren. Toch ligt dat wat genuanceerder, legt Rugers uit. “Je blijft altijd supercomputers houden. Ze kunnen een andere klasse van wiskundige problemen oplossen. Quantumcomputers kunnen niet alles efficiënt uitvoeren wat supercomputers wel kunnen. Elke computer heeft z’n eigen specialisatie.”
Wapens herkennen en navigatiesensoren
Quantumtechnologie mag dan nog niet ‘actief in gebruik’ zijn binnen de krijgsmacht, er wordt wel volop getest en gekeken naar de mogelijkheden ervan. “We houden daarbij de technology readiness in het oog. Ofwel, hoe volwassen is de ontwikkeling en heeft het meerwaarde voor Defensie? Eén van de ontwikkelingen die we momenteel testen, is een rugzak met een ‘quantummagnetometer’. Die is in staat om onder meer de richting van een magnetisch veld te bepalen”, legt Rugers uit. “Dat kan er voor zorgen dat we wapens op afstand kunnen detecteren en kwalificeren.”
Herijken
“Ook kijken we naar navigatiesensoren. Zodat we langer zonder GPS kunnen navigeren.” Er zijn heel veel verschillende quantummanieren om dat proces te verbeteren, bijvoorbeeld door Inertial Navigation Systems (INS), ofwel traagheidsensoren. Rugers: “Momenteel is het zo: je geeft aan waar je begint en als je gaat bewegen, volgt die sensor jou en bepaalt daarmee jouw positie. Bij huidige systemen moet je tijdig je positie herijken, anders neemt de afwijking steeds verder toe. Het idee van een quantumsensor is dat je je langer kunt verplaatsen, de juiste afstand wordt bijgehouden en je positie nauwkeuriger wordt bepaald. Dit verlaagt de hoeveelheid herijk-momenten.”
‘Met een quantumsensor kun je je langer verplaatsen en wordt je positie nauwkeuriger bepaald’
De Koninklijke Marechaussee gaat die rugzak testen, de navigatiesensoren bij verschillende onderdelen. “Tijdens die proeven willen we zien of de beloftes van de fabrikant waargemaakt worden en hoe we de operatie van een eenheid hiermee kunnen ondersteunen.” Uiteindelijk volgt de beslissing of het project de moeite waard is om verder in te investeren.
Internationale quantumrace
Het feit dat de NAVO quantumtechnologie hoog op de agenda heeft staan, is een teken dat er wereldwijd veel aandacht is voor de ontwikkelingen op dit gebied. “Er is wel een soort ‘quantumrace’ gaande, zoals dat genoemd wordt. Er wordt wereldwijd fors geïnvesteerd in de technologie, waarbij de VS en China vooroplopen. Europa probeert dat bij te houden en voor Nederland is er een historisch voordeel dat we al redelijk lang bezig zijn met deze technologie, dus de goede basis ligt er al. Bovendien zijn we een klein land, dus iedereen kent elkaar, wat het contact een stuk makkelijker maakt. Kortom: we zijn ‘best wel goed’, maar we moeten niet verslappen.”
