De logistiek wacht niet op quantum, maar moet zich er wel op voorbereiden

Quantum klinkt misschien als hogere wiskunde, maar het kan de veiligheid en betrouwbaarheid van logistieke ketens flink verbeteren. Van slimme sensoren tot betere databeveiliging: de eerste kansen dienen zich nu al aan.

“Quantum” verwijst naar de allerkleinste deeltjes in ons universum, en hoe deze zich gedragen. Op de middelbare school was dit een van de laatste onderwerpen die destijds behandeld werd, ik herinner me vooral dat het behoorlijk abstract en conceptueel was. Nog eens teruglezend, beschrijft de quantumfysica een wereld waarin deeltjes tegelijkertijd meerdere toestanden kunnen hebben (superpositie), op mysterieuze wijze met elkaar verbonden kunnen zijn (verstrengeling), en waarin toeval een fundamentele rol speelt. Heel wat anders dus dan de principes van 1-en en 0-en waarop onze huidige digitale wereld gebaseerd is.

Al jaren wordt er gewerkt aan het toepassen van quantum binnen deze digitale wereld. In feite hebben we het dan over quantumtechnologie: een verzameling van diverse opkomende hightech technologieën. Deze laten zich het beste opdelen in drie hoofdgebieden: computing, communicatie en sensoren. Al deze technologieën ontlenen hun unieke eigenschappen aan het gedrag van materie op subatomaire schaal, zoals de eerder besproken fenomenen van superpositie, verstrengeling en interferentie uit de quantummechanica.
Al jaren een veelbelovende toekomst

Interessante theorie, en prachtige wetenschappelijke domeinen, maar laten we eens kijken naar de vraag hoe het staat met concrete toepassing. Een algemeen beeld is dat quantumcomputing – de toepassing die doorgaans de meeste aandacht krijgt – al jaren als toekomstig zeer veelbelovend gezien wordt. Aan de TU Delft werd in 2012 onder bezielende leiding van professor Kouwenhoven het Majorana-deeltje ontdekt, en een paar jaar later stapte nagenoeg de gehele groep betrokken onderzoekers over naar Microsoft – dat met een specifiek quantum lab naar Delft kwam – om aan commercialisering van quantum computers onder de vlag van Microsoft te werken. Microsoft’s quantum lab is niet meer, en vercommercialisering bleek toch nog verder weg te liggen.

Maken we een stap naar het logistieke domein dan zie je dat de toegepaste onderzoeksgroep van DHL quantum in de edities van 2020 en 2022 van haar tweejaarlijkse trendradar een prominente plek gaf, maar ook dat deze in de laatste editie van eind 2024 weer van de radar verdwenen bleek.
Positioneer je quantum op de Gartner hype cycle, dan kun je niet anders concluderen dan dat de technologie momenteel in de overgang van piek naar dal zit. De reden hiervoor, in lijn met de hype cycle: enorme verwachtingen, sterke investeringen, maar nog weinig resultaten op schaal.

De reden om quantum als onderwerp voor dit blog te kiezen is juist deze. Het onderwerp valt letterlijk van menig radar, maar de ontwikkelingen gaan gewoon door. Het voorbije jaar heb ik mogen meewerken aan een verkennende studie voor NGinfra, de samenwerking van de zes grootste Nederlandse kritieke infrastructuurbeheerders, gericht op de potentie en toepassing van zowel quantum als AI. En quantum bleek voor mij een behoorlijke eye-opener te zijn. Quantum gaat bijvoorbeeld veel breder dan alleen computing. Ook is het een onderwerp waar je feitelijk nu al mee bezig zou moeten zijn, voor kritieke infrastructuurbeheerders, maar zeker ook voor de logistieke sector. Laten we de verschillende toepassingsgebieden eens onder de loep nemen vanuit een logistieke bril.  

Drie verschillende toepassingsgebieden in de logistiek

Quantum computing is het eerste toepassingsgebied. Quantum computers zijn een nieuw type computer dat gebaseerd is op de quantummechanische eigenschappen van subatomaire deeltjes, die het mogelijk maken om berekeningen uit te voeren die met een klassieke computer niet of praktisch niet uit te voeren zijn. Grootschalige quantumcomputers zijn nog niet beschikbaar, maar als deze beschikbaar komen dan zijn er drie voor de hand liggende (rekenintensieve) toepassingsgebieden: optimalisatie, machinelearning en grootschalige simulatie.

De reeds commercieel beschikbare (zeer) beperkte quantumcomputers worden op verschillende plaatsen getest voor logistieke optimalisatie, maar leveren nog geen structureel voordeel ten opzichte van klassieke methoden. Ze kunnen soms sneller goede oplossingen vinden, maar traditionele optimalisatie blijft vooralsnog betrouwbaarder en doorgaans krachtiger. Het is desondanks een interessante ontwikkeling, zeker als quantumcomputers echt gaan opschalen.

Al wel commercieel beschikbaar zijn quantumsensoren. Quantum¬sensoren gebruiken de extreem gevoelige quantumtoestanden van atomen of fotonen om fysieke grootheden (zoals magnetische velden of zwaartekracht) veel nauwkeuriger te meten dan klassieke sensoren. Quantummagnetometers meten magnetische velden en kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden om posities vast te stellen of beweging bij te houden. Dit laat zich bijvoorbeeld toepassen om bewegingen binnen een warehouse (waar geen satelliet dekking, zoals GPS, is) nauwkeurig te registeren.

Ook kun je het gebruiken om metalen objecten te detecteren en tellen, wat mogelijk toe te passen is op containerterminals, of om de degradatie van motorische systemen vast te stellen – bijvoorbeeld voor predictive maintenance. Quantumgravimeters meten kleine variaties in de zwaartekracht. Een paar voorbeelden van toepassingen zijn: realtime massamonitoring van opslagtanks, het detecteren van anomalieën in de belading van containers voor douane-inspecties en de ondergrondse infrastructuur in kaart brengen, gericht op de (veilige) aanleg van logistieke infrastructuur.

Ten slotte het thema quantumcommunicatie, wat feitelijk twee verschillende varianten betreft die beide voorbereiden op een toekomstige Q-Day. Dat is de dag die (wellicht) ooit komen gaat waarop een krachtige quantumcomputer klassieke publieke-sleutelcryptografie instantaan kan breken, en traditionele berichtenbeveiliging in één klap niets meer waard is. De eerste variant betreft het gebruik van QKD (quantum key distribution) over een quantumcommunicatiekanaal. Dit kanaal is intrinsiek veilig doordat direct gedetecteerd wordt dat een afluisterpoging wordt ondernomen. Een mooie techniek, waar binnen de Rotterdamse haven de afgelopen twee jaar al succesvol mee geëxperimenteerd is, maar deze techniek kent ook bepaalde beperkingen zoals korte glasvezelverbindingen.

De tweede variant betreft het inzetten op Post-Quantum Cryptography (PQC). PQC is nieuwe (klassieke) cryptografie die voor zo ver men nu inschat bestand zou moeten zijn tegen (grootschalige) quantumcomputers, die traditionele versleuteling zoals nu toegepast kan breken. Daar de logistieke sector zo afhankelijk is van digitale uitwisseling van data, en veel van deze data ook over een aantal jaar bij voorkeur nog versleuteld en vertrouwelijk zou moeten zijn, is het zaak om voorbij de klassieke beveiliging (zoals RSA) te kijken, en voor te bereiden op Q-Day – ofwel via QKD ofwel via PQC.

Tijd om te beginnen

Geen eenvoudige materie kortom, die natuurkundig complex in elkaar zit, maar wel hele nieuwe toepassingen mogelijk kan gaan maken.

Een eerste belangrijke conclusie is dat de eerste jaren quantumcomputing nog niet direct grootschalige realiteit zal gaan zijn. Een tweede belangrijke observatie is dat er in de toekomst wel een mogelijke Q-Day loert, wat niet direct een bevrijdingsdag zal gaan zijn. Iedere organisatie zou zich hier goed op moeten voorbereiden – je wilt immers niet dat je data op straat komt te liggen, ook niet data van nu als die in de toekomst te ontcijferen zal zijn (er zijn al aanvallers die inzetten op “harvest now, decrypt later”). PQC is dus absoluut een thema om nu al mee aan de slag te gaan, en kritieke logistieke knooppunten zouden zich moeten oriënteren op QKD. Ten derde zijn ook quantumsensoren nu al aantoonbaar heel interessant, juist doordat zij dingen kunnen detecteren die met eerdere generaties sensoren veel minder goed of helemaal niet detecteerbaar zijn.

In deze blog heb ik een aantal toepassingen aangehaald – zoals indoornavigatie of detecteren van de inhoud van een silo of container – maar er zijn er nog veel meer. Ga je daar dus in verdiepen, en kijk hoe dit je organisatie verder kan helpen. Quantum kan dan weliswaar gebaseerd zijn op de kleinste deeltjes, de toepassingen hebben absoluut potentie om heel groot te worden. Zet het vooral op je lijst van goede voornemens voor 2026!

Dit artikel verscheen eerder op logistiek.nl