Quantumtechnologie: “Het is niet erg dat mensen de technologie niet snappen”

Quantumtechnologie is een zogenoemde sleuteltechnologie waarmee bijvoorbeeld nieuwe medicijnen en materialen te maken zijn. Nieuwe producten en toepassingen waar we nu nog geen weet van hebben. Uitleggen hoe quantumtechnologie werkt, is geen sinecure. “Je moet het zien om je voor te kunnen stellen hoe het werkt”, zegt fysicus Servaas Kokkelmans. 

Kokkelmans is tevens directeur van het Center for Quantum Materials and Technology Eindhoven (QT/e). Zijn onderzoeksgroep, CQT – Coherence and Quantum Technolgy – gaat in 2023 ondergronds. Tussen twee gebouwen op het universiteitsterrein, Cascade en Flux, verrijst een nieuw gebouw waaronder ruimte komt voor de laboratoria voor de experimenten met quantumtechnologie. Deze week bezocht demissionair staatssecretaris Mona Keijzer van Economische Zaken de projecten van QT/e. Met het hijsen van een vlag, opende ze de bouw voor het nieuwe pand. 

Inloggen op quantumcomputer

De nieuwe laboratoria zijn bedoeld voor verder onderzoek en meer experimenten, maar ook om anderen, dan de wetenschappers die er nu vooral onderzoek naar doen, te laten zien wat quantumtechnologie mogelijk maakt. Kokkelmans: “Er komt onder meer een expositieruimte. Waar we studenten, bedrijven en andere geïnteresseerden kunnen ontvangen. Je kunt er bijvoorbeeld inloggen op onze quantumcomputer en ons quantuminternet. Zo kun je zelf ervaren hoe het is om ermee te werken. Ook organiseren we rondleidingen langs de laboratoria.”

Kokkelmans’ QT/e is onderdeel van het Quantum Delta NL Programma. Dat programma ontvangt 615 miljoen euro uit het Nationaal Groeifonds. Met dit fonds investeert het kabinet de komende 5 jaar 20 miljard euro in projecten die zorgen voor economische groei. Een initiatief van de ministeries van Economische Zaken en Financiën. Ministers, staatssecretarissen en ambtenaren onderzochten waar Nederlanders in 2040 hun geld mee verdienen, zo legt staatssecretaris Keijzer uit.

Natuurkundige opstelling

Zij kreeg tijdens haar bezoek onder meer een kleine demonstratie van het werk aan de zogenoemde KAT-1 demonstrator, waar PhD-student Ivo Knottnerus aan werkt. Hij werkt deels voor de universiteit in Amsterdam en deels voor de TU/e. “In Amsterdam staat al een soortgelijke machine. Ik breng de kennis uit Amsterdam over naar hier om een tweede generatie machine te bouwen.” De KAT-1 demonstrator is een grote projectlijn in het groeifondsvoorstel van Quantum Delta NL. “Wat de staatssecretaris te zien kreeg, is daar een onderdeel van.”

Knottnerus werkt mee aan een hybride quantumcomputer. “Dat is een quantumcomputer, eigenlijk een grote natuurkundige opstelling, met een klassieke computer als vertaalslag tussen gebruiker en experiment. De normale computer optimaliseert parameters zoals lasersterkte voor tijdens het runnen van de quantumcomputer, maar slaat ook de resultaten op, bijvoorbeeld.”

De KAT-1 demonstrator bestaat uit een opstelling die laat zien hoe individuele atomen worden gevangen. “Wat onze qubits zijn.” Een klassieke computer gebruikt bits, die hebben een waarde van 1 of 0. Zo’n qubit kan alle waardes hebben tussen 1 en 0. Zodoende kan een quantumcomputer bepaalde berekeningen veel sneller uitvoeren dan een gewone computer. Die gewone computer ontcijfert bijvoorbeeld grote getallen reeksen, algoritmen, één voor één. Een quantumcomputer kan alle uitkomsten tegelijktertijd meenemen in de berekening. “Daardoor zijn er snel eigenschappen van onder meer materialen en medicijnen te berekenen”, legt Knottnerus uit. 

Schommelingen

Die atomen vangen, kan alleen onder bepaalde omstandigheden. “Daarom zitten die atomen in een vacuümkamer, goed afgeschermd van de wereld. Bij een kleine schommeling in temperatuur of luchtvochtigheid, veranderen de lasers, spiegels en magneetvelden waarmee we de atomen vangen. Dan kun je de atomen niet vangen en ben je de hele dag aan het corrigeren, dat is ondoenlijk. Dus de temperatuur en luchtvochtigheid moeten heel stabiel zijn.” Dat er nieuwe laboratoria komen is volgens Knottnerus “bijna noodzakelijk”. “Je hebt veel ruimte nodig voor al die lasersystemen. En het is ideaal om alle omstandigheden te kunnen controleren.” 

Ook maakte de staatssecretaris kennis met een aantal bedrijven en overheden die al samenwerken met de QT/e. Zoals de Gemeente Waalre, Smart Photonics en de Automotive Campus Helmond. Op deze campus wordt de zelfrijdende auto getest. Kokkelmans: “Die autonoom rijdende auto’s zijn gekoppeld aan het 5G-netwerk. Dat gaat niet via de cloud, maar via edge computing. Dan zitten er overal in het netwerk kleine computertjes, die heel snel moeten kunnen communiceren met die autonome auto’s. Hoe meer van dat soort verbindingen je hebt, hoe moeilijker. Wij willen die 5G-antennes quantum-veilig verbinden met het netwerk.”

Banen

Met het toegekende geld wil Quantum Delta NL zich positioneren als “een internationaal toonaangevend centrum en knooppunt voor quantumtechnologie”, zo meldt het persbericht. De komende 7 jaar wil het samenwerkingsverband zich ontwikkelen tot een leidend Europees kenniscluster. Met een bijdrage aan het bruto binnenlands product (bbp) van 5 tot 7 miljard euro en 30.000 hoogwaardige Nederlandse banen op de lange termijn.

Daarvoor zijn er vijf ‘hubs’ in Delft, Amsterdam, Leiden, Twente en Eindhoven. Het bezoek van de staatssecretaris was voor Freeke Heijman, directeur Quantum Delta NL, een bijzonder moment: “We hebben een paar jaar toegewerkt naar het voorstel om in aanmerking te komen voor het groeifonds. Alles was tot nu toe virtueel of op papier. Met het bezoek van een lid van het kabinet, is het echt een nationale start van ons project.”

Onbegrijpelijke technologie

Quantumtechnologie is voor de meeste mensen een onbegrijpelijke technologie, ook voor de staatsecretaris “als simpel jurist en bedrijfskundige”. Volgens Heijman, is het niet erg dat mensen de technologie niet snappen. “Mensen weten ook niet hoe een computer werkt en hoe die er van binnen uit ziet. Het is meer wat je ermee kan. Het Groeifonds is bedoeld om te investeren in de fundamenten van nieuwe technologie. Het gaat om de toekomst, 2040.” 

Terugkijkend zijn er andere technologieën die ooit in de fase zaten waarin quantumtechnologie nu zit, zegt Heijman. Zoals internet in de jaren tachtig of transistors in de jaren zestig. “Die hebben de maatschappij zo’n dertig jaar geleden veranderd. Dat zie je nu ook gebeuren. Nu is het nog abstract, maar straks kunnen er berekeningen gedaan worden die nu zo buiten bereik liggen. Dan ontstaan er hele nieuwe toepassingen voor bijvoorbeeld materialen, medicijnen, energie opslag en -transport, beveiliging.” 

Lange weg

Tot voor kort was quantumtechnologie vooral een wetenschappelijk veld, gaat Heijman verder. Experimenten en onderzoek gebeurden op de universiteit. “Nu zie je dat, omdat het steeds meer gaat om het echte ontwikkelen en gebruiken van de technologie, ook het mbo en hbo erbij betrokken raakt. Met die investering uit het groeifonds gaan we ook learning and talent centres op zetten. Mbo- en hbo-studenten, en bedrijfsleven kunnen daar in een soort experimenteer labs bij elkaar komen om met die technologie aan de slag te gaan zodat het uit die puur academische wereld komt.”

“In essentie gaat het om de mensen. Om het talent, de studenten en de samenwerking tussen al die mensen met wie je een ecosysteem opbouwt. Waar innovatie uitkomt. Een van onze doelen is om niet alleen bestaande bedrijven en industrie te helpen, maar ook een nieuwe start-ups te genereren. Onze ambitie is 100 start-ups in 2027.” 

Het quantumcomputerplatform in Eindhoven is, volgens Kokkelmans, “echt complementair aan andere delen in Nederland”. “Ons platform is gebaseerd op koude atomen en dat is uniek als je het vergelijkt bijvoorbeeld met Delft. Met onze hybride algoritmes is veel mogelijk, geïntegreerd met de juiste hardware kun je er een heel efficiënte quantumcomputer van maken. Ik denk dat dit de meest succesvolle richting is op dit moment omdat de weg naar een universele quantumcomputer met error correctie nog lang is.”