Naar de inhoud
Atelierby nealvdv
WerkbankBegin gratis

Voorkeuren

Terug naar De Kaart

Ambacht · Verkennen

Quantum computing

Qubits, circuits en post-kwantumcryptografie: wat echt kan, en wat nog niet.

  • 8 modules
  • 216 studie-uren

Begin gratis met dit ambacht

WerkroosterModules en indicatieve studie-uren per rang
RangModulesUren
Leerling356
Compagnon395
Meester265
Samen8216

Waarom dit ambacht

Kwantumcomputers rekenen op een fundamenteel andere manier en kunnen voor enkele problemen op termijn veel sneller zijn, maar de toestellen van vandaag zijn klein en ruisgevoelig. Het dringendste werk voor bedrijven is nu al concreet: hun cryptografie klaarmaken voor een toekomst waarin kwantumcomputers huidige versleuteling kunnen breken. Dit ambacht leert je beide, zonder hype.

Wat je vooraf nodig hebt

Basis Python en wiskunde van het middelbaar (vectoren, complexe getallen helpen); de nodige lineaire algebra leer je in de eerste modules.

Het leerplan

Modules per rang

Elke module heeft lessen en één opdracht met een resultaat dat iemand anders kan nakijken. De uren zijn indicatief.

Je voortgang

Je vinkt modules af op dit toestel; er gaat niets naar een server. Op de Werkbank bewaar je je pad in een account, dien je je opdrachten in en krijg je het meesterteken van Neal.

Leerling

De basis. Met deze modules en een compagnonsproef word je Compagnon.

3 modules · 56 u

  1. De fysica die je nodig hebt

    14 studie-uren

    Superpositie, verstrengeling en meting zonder mystiek: wat ze betekenen, wat ze níet betekenen, en waarom een kwantumcomputer daardoor anders rekent.

    • IBM Quantum Composer
    • Pen en papier
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Superpositie uitleggen als een toestand met amplitudes, niet als 'alles tegelijk proberen'
    • Uitleggen wat verstrengeling is en waarom je er geen informatie sneller dan het licht mee verstuurt
    • Beschrijven wat een meting doet met een kwantumtoestand en waarom resultaten kansen zijn
    • Drie veelgehoorde misverstanden over kwantumcomputers weerleggen
    Lessen
    1. Klassieke bits en waarom we iets anders willen
    2. Amplitudes en kansen
    3. Superpositie
    4. Meting en het verdwijnen van de superpositie
    5. Verstrengeling
    6. Interferentie: waar de rekenkracht vandaan komt
    7. Mythes en misverstanden
    De opdracht

    Schrijf een uitleg van maximaal twee pagina's voor lezers van een Vlaamse regionale krant over wat een kwantumcomputer is en wat niet, met minstens één zelfgemaakte tekening. Een Compagnon controleert de tekst op fysische fouten en markeert elke zin die overdrijft.

  2. Lineaire algebra voor qubits

    20 studie-uren

    Kwantumcomputing is lineaire algebra: toestanden zijn vectoren, poorten zijn matrices. Je leert precies de wiskunde die je nodig hebt, en niet meer.

    • Python
    • NumPy
    • Jupyter
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Rekenen met complexe getallen en vectoren in de Dirac-notatie
    • Een poort als unitaire matrix op een toestand toepassen en het resultaat berekenen
    • Het tensorproduct gebruiken om toestanden van meerdere qubits te beschrijven
    • Een kwantumtoestand op de Bloch-bol aflezen en tekenen
    Lessen
    1. Complexe getallen opgefrist
    2. Vectoren en de Dirac-notatie
    3. Matrices en unitaire transformaties
    4. Het tensorproduct
    5. De Bloch-bol
    6. Rekenen met NumPy
    De opdracht

    Werk een reeks van vijftien opgaven uit, eerst met de hand en daarna met NumPy, waaronder het toepassen van Hadamard- en CNOT-poorten op toestanden van twee qubits. Lever een Jupyter-notebook in waarin handberekening en code overeenkomen; een Compagnon controleert de uitkomsten.

  3. Qubits, poorten en circuits in Qiskit

    22 studie-uren

    Je bouwt je eerste kwantumcircuits in Qiskit, simuleert ze lokaal en draait ze op echte hardware via IBM Quantum.

    • Qiskit
    • Qiskit Aer
    • IBM Quantum Platform
    • Jupyter
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • De basispoorten (X, Y, Z, H, S, T, CNOT) kennen en hun effect voorspellen
    • Een circuit bouwen, simuleren en de meetresultaten interpreteren
    • Een Bell-toestand maken en de correlatie in de metingen aantonen
    • Een circuit uitvoeren op echte IBM-hardware en het verschil met de simulator verklaren
    Lessen
    1. Qiskit installeren en je eerste circuit
    2. Poorten op één qubit
    3. CNOT en verstrengeling in een circuit
    4. Meten, shots en histogrammen
    5. Lokaal simuleren met Qiskit Aer
    6. Draaien op IBM Quantum-hardware
    7. Transpileren: van jouw circuit naar wat de chip kan
    De opdracht

    Bouw een circuit dat een Bell-toestand en een GHZ-toestand met drie qubits maakt, draai het op de simulator en op echte hardware en lever een notebook met beide histogrammen en een uitleg van de verschillen. Een Compagnon draait je notebook opnieuw en moet vergelijkbare resultaten krijgen.

Compagnon

Het vak beheersen: grotere projecten, met nalezing per mijlpaal.

3 modules · 95 u

  1. Kwantumalgoritmen

    35 studie-uren

    Je leert de klassieke kwantumalgoritmen kennen, implementeert ze in Qiskit en begrijpt waar het voordeel zit en onder welke voorwaarden.

    • Qiskit
    • Qiskit Aer
    • pytest
    • Jupyter
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Deutsch-Jozsa implementeren en uitleggen waarom het minder vragen nodig heeft
    • Grover implementeren voor een kleine zoekruimte en de kwadratische versnelling verklaren
    • De kwantum-Fouriertransformatie (QFT) bouwen en haar rol in Shor uitleggen
    • Uitleggen waarom Shor RSA en elliptische-krommencryptografie bedreigt, en wat daarvoor nog nodig is aan hardware
    Lessen
    1. Orakels en faseterugslag
    2. Deutsch-Jozsa
    3. Grover en amplitudeversterking
    4. De kwantum-Fouriertransformatie
    5. Faseschatting
    6. Shor: factoriseren en waarom het ertoe doet
    7. Waar het voordeel echt zit, en waar niet
    De opdracht

    Implementeer Deutsch-Jozsa, Grover (voor drie qubits) en de QFT in Qiskit, met tests die de juiste uitvoer op de simulator controleren. Lever de code met een korte nota per algoritme over het aantal poorten en de diepte na transpilatie. Een Meester controleert de tests en de nota's.

  2. Ruis, foutcorrectie en de hardware van vandaag

    30 studie-uren

    Echte qubits zijn fragiel. Je leert waar fouten vandaan komen, hoe foutcorrectie werkt, en hoe je de huidige NISQ-toestellen realistisch inschat.

    • Qiskit
    • Qiskit Aer (ruismodellen)
    • Matplotlib
    • IBM Quantum Platform
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Decoherentie, poortfouten en meetfouten uitleggen en in een simulatie nabootsen
    • Het principe van een herhalingscode en van de surface code uitleggen
    • Het verschil tussen fysieke en logische qubits uitleggen aan een klant
    • Eenvoudige foutmitigatie toepassen en het effect meten
    • Een persbericht over kwantumhardware kritisch lezen en de echte claim eruit halen
    Lessen
    1. Decoherentie en ruis
    2. Ruismodellen in de simulator
    3. Foutmitigatie versus foutcorrectie
    4. De herhalingscode
    5. De surface code in grote lijnen
    6. Hardwareplatformen: supergeleidend, ionen, fotonen, neutrale atomen
    7. NISQ en wat er nodig is voor fouttolerante machines
    De opdracht

    Bouw een herhalingscode met drie qubits in Qiskit, simuleer ze met een ruismodel en toon in een grafiek hoe de logische foutkans zich verhoudt tot de fysieke. Schrijf daarnaast een kritische analyse van één recent persbericht over kwantumhardware. Een Meester controleert de simulatie en de analyse.

  3. Variationele algoritmen: VQE en QAOA

    30 studie-uren

    Variationele algoritmen combineren een klein kwantumcircuit met een klassieke optimizer. Je leert hoe VQE en QAOA werken en waarom het voordeel ervan nog onbewezen is.

    • Qiskit
    • SciPy
    • NetworkX
    • IBM Quantum Platform
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Uitleggen hoe een hybride kwantum-klassieke lus werkt
    • Een eenvoudig optimalisatieprobleem formuleren als QAOA-probleem
    • VQE gebruiken om de grondtoestandsenergie van een klein systeem te benaderen
    • Een kwantumresultaat eerlijk vergelijken met een goede klassieke methode
    Lessen
    1. Hybride algoritmen
    2. Ansatz, kostfunctie en optimizer
    3. VQE
    4. QAOA en combinatorische optimalisatie
    5. Estimator en Sampler in Qiskit
    6. Eerlijk vergelijken met klassieke methoden
    De opdracht

    Los een klein MaxCut-probleem (bijvoorbeeld een netwerk van zes Belgische steden) op met QAOA in Qiskit en met een klassiek algoritme. Lever een notebook en een vergelijking van kwaliteit en rekentijd, met een eerlijke conclusie. Een Meester controleert of de vergelijking fair is.

Meester

Wat een Meester zelfstandig moet kunnen, als voorbereiding op de meesterproef.

2 modules · 65 u

  1. Post-kwantumcryptografie en migratie

    40 studie-uren

    Wie vandaag versleutelde data onderschept, kan die later met een kwantumcomputer ontcijferen: 'harvest now, decrypt later'. Je leert de NIST-standaarden FIPS 203, 204 en 205 kennen en een organisatie begeleiden bij de overstap.

    • OpenSSL 3.5 of nieuwer
    • Open Quantum Safe (liboqs)
    • Wireshark
    • NIST FIPS 203, 204 en 205
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Uitleggen welke huidige algoritmen kwetsbaar zijn voor kwantumaanvallen en welke minder
    • ML-KEM (FIPS 203), ML-DSA (FIPS 204) en SLH-DSA (FIPS 205) beschrijven en hun gebruik onderscheiden
    • Een cryptografie-inventaris opstellen van een applicatie of organisatie
    • Een migratieplan maken met prioriteiten, hybride oplossingen en cryptoagiliteit
    • Een TLS-verbinding opzetten met een hybride post-kwantumsleuteluitwisseling en ze controleren
    Lessen
    1. Wat Shor en Grover betekenen voor RSA, ECC en AES
    2. Harvest now, decrypt later
    3. De NIST-standaarden: ML-KEM, ML-DSA en SLH-DSA
    4. Hybride sleuteluitwisseling in TLS
    5. Cryptografie-inventaris: waar zit welke crypto
    6. Cryptoagiliteit
    7. Een migratieplan met prioriteiten
    De opdracht

    Maak voor een open-sourceproject of een (fictief) Belgisch ziekenfonds-IT-landschap een cryptografie-inventaris: protocollen, bibliotheken, certificaten, sleutellengtes en de levensduur van de data. Lever een migratieplan met prioriteiten en een werkende demo van een hybride post-kwantum-TLS-verbinding. Neal beoordeelt de inventaris en de demo.

  2. Kwantumadvies zonder hype

    25 studie-uren

    Klanten horen wilde beloftes. Je leert een organisatie eerlijk adviseren: waar kwantum op termijn relevant kan zijn, wat ze nu moeten doen, en wat ze gerust kunnen laten liggen.

    • IBM Quantum Composer
    • Qiskit
    • Presentatiesoftware
    Lessen, opdracht en wat je daarna kunt
    Wat je daarna kunt
    • Een use case beoordelen op realistisch kwantumvoordeel en tijdshorizon
    • Een kwantumstrategie van één pagina schrijven voor een directie
    • Een workshop geven die ontnuchtert zonder te ontmoedigen
    • Leveranciersclaims toetsen aan wat gepubliceerd en reproduceerbaar is
    Lessen
    1. Hype herkennen
    2. Use cases: chemie, materialen, optimalisatie, cryptografie
    3. Tijdshorizonnen en onzekerheid eerlijk communiceren
    4. Wat een organisatie nu al moet doen
    5. Een workshop voor beslissers
    De opdracht

    Geef een workshop van een halve dag voor een echte Belgische organisatie, onderzoeksgroep of vereniging, en lever achteraf een advies van maximaal vijf pagina's met concrete acties voor de komende jaren. De deelnemers vullen een evaluatie in; een Meester leest het advies na op juistheid.

De Meesterproef

Zo word je Meester in dit ambacht

Je levert echt werk aan een klant of een open-sourceproject: bijvoorbeeld een volledige post-kwantummigratie van een applicatie met inventaris, hybride implementatie en tests, of een substantiële bijdrage aan Qiskit of Open Quantum Safe die door de maintainers aanvaard wordt. Je verdedigt het werk en je eerlijke inschatting van de grenzen voor Neal.

Echt werk, beoordeeld door Neal. Je bent Meester per ambacht, niet in heel het vak tegelijk.

Voor klanten

Wat je hiermee voor klanten kunt doen

Wat een klant van je kan vragen zodra je dit ambacht beheerst, en vanaf welke rang. De duur is indicatief.

  • Vanaf Compagnon

    Post-kwantum inventaris

    Je weet waar in je organisatie versleuteling zit die later door kwantumcomputers gebroken kan worden, en welke data lang genoeg geheim moet blijven om je daar nu al zorgen over te maken.

    Wat je oplevert

    • Inventaris van protocollen, bibliotheken, certificaten en sleutels
    • Indeling naar risico en levensduur van de data
    • Prioriteitenlijst voor migratie
    • Presentatie voor de directie
    Duur
    1 tot 3 weken
    Voor wie
    Organisaties met gevoelige data die lang meegaat: zorg, financiële sector, overheid, juridische diensten

  • Vanaf Meester

    Migratieplan naar post-kwantumcryptografie

    Een concreet plan om stap voor stap over te stappen op de nieuwe NIST-standaarden, zonder je systemen te breken en met ruimte om later opnieuw te wisselen.

    Wat je oplevert

    • Migratieplan met fasen en afhankelijkheden
    • Advies over hybride oplossingen en cryptoagiliteit
    • Proefimplementatie op één systeem
    • Testverslag
    Duur
    3 tot 8 weken
    Voor wie
    IT-afdelingen en softwareleveranciers die post-kwantumklaar willen worden

  • Vanaf Compagnon

    Kwantum zonder hype: workshop voor beslissers

    Je directie of team begrijpt in een halve dag wat kwantumcomputers zijn, wat ze voor jullie sector wel en niet betekenen, en wat jullie nu al moeten doen.

    Wat je oplevert

    • Workshop op maat van jullie sector
    • Live demo op echte kwantumhardware
    • Een advies van één pagina
    Duur
    1 dagdeel
    Voor wie
    Directies, IT-managers en innovatieteams

  • Vanaf Meester

    Use case toets

    Een leverancier of eigen team stelt een kwantumproject voor. Wij zoeken onafhankelijk uit of er een realistisch voordeel is, op welke termijn, en wat een klassieke aanpak vandaag oplevert.

    Wat je oplevert

    • Analyse van het voorstel
    • Vergelijking met de beste klassieke aanpak
    • Eventueel een klein prototype in Qiskit
    • Eerlijk advies: doen, wachten of niet doen
    Duur
    1 tot 3 weken
    Voor wie
    Bedrijven en onderzoeksgroepen die een kwantuminvestering overwegen
Wat je na het Atelier kunt doen

Werk

Beroepen op de Belgische markt

Zo heten de jobs waar dit ambacht naartoe leidt. Een opleiding is geen jobgarantie: je portfolio en je werk maken het verschil.

  • Quantum software engineer
  • Quantum computing researcher
  • Cryptography engineer
  • Security architect
  • Research engineer
  • Technology consultant

Certificaten

Certificaten waar de modules op voorbereiden

Echte certificaten, uitgereikt door de uitgever zelf. Wij reiken ze niet uit: het examen leg je af bij de uitgever. Kijk de actuele inhoud en prijs altijd bij de uitgever na.

  • IBM Certified Associate Developer - Quantum Computation using Qiskit

    UitgeverIBM

    Examen over circuits en Qiskit; de examenversie volgt de Qiskit-versie, dus controleer de actuele naam en inhoud bij IBM. Sluit aan bij de leerling- en Compagnon-modules.

Leesgemak

Maak de site makkelijker om te lezen. Je keuze blijft bewaard op dit toestel.

Tekstgrootte

Gebruik je liever de instellingen van je toestel (zoom, schermlezer, donkere modus)? Die werken hier ook gewoon.