In de natuurkundefaculteit van de TU Delft is donderdag officieel het Microsoft Quantum Lab geopend. Fysicus Leo Kouwenhoven gaat hier met de softwaregigant een nieuw soort quantumcomputer maken. 

Koning Willem-Alexander opende het laboratorium vanuit de aula van de TU Delft met een ceremoniële handeling. Het lab komt naast het Qutech-instituut, dat namens de TU Delft al de mogelijkheden van quantumcomputers verkent. Kouwenhoven werkt sinds twee jaar al voor Microsoft, maar met de komst van het lab is de samenwerking tussen de TU en Microsoft compleet. ‘Delft moet de quantumhoofdstad van Europa worden’, zei Microsoft-directeur Ernst-Jan Stigter op de openingscerenomie.

Gesloten

Een eigen cleanroom (waar de quantumchips worden gemaakt), en verschillende grote koelkasten om de chips te testen. En dan ook nog een benedenverdieping waar allerlei diagnostische apparaten staan om te kijken hoe een quantumchip er op atoomniveau van binnen uitziet. Kosten nog moeite lijken gespaard om Kouwenhoven het lab van zijn dromen te geven. 

Hoeveel geld Microsoft precies in het lab steekt is onbekend. Microsoft doet geen uitspraken over zijn investeringen. Het lab is afgesloten van de rest van de TU; je hebt een pasje nodig om binnen te komen. Dit was overigens ook al het geval bij de onderzoekshallen van Qutech, waar bedrijven soms ook projecten hadden lopen. Die geslotenheid is volgens de Microsoft-medewerkers nodig om het intellectueel eigendom te beschermen.

Koning Willem-Alexander (r) en Leo Kouwenhoven openen het lab door een digitaal elektron uit elkaar te trekken. 

Er zullen wel studenten en promovendi van Delft werken in het quantumlab. Die kunnen zo meewerken aan interessante experimenten, terwijl ze Microsoft helpen naar hun doel: een werkende quantumcomputer. 

 

Onstabiele quantumcomputers

Hoewel er al verschillende quantumchips bestaan (Google en IBM werken bijvoorbeeld aan dat soort chips), is er nog niemand die een stabiele quantumcomputer kon bouwen. Qubits (de transistors voor een quantumcomputer) zijn namelijk erg onstabiel. Ze verliezen hun informatie na korte tijd, bijvoorbeeld door verstoring van buitenaf of door onzuiverheden in het materiaal van de chip. De computer die Kouwenhoven en Microsoft willen bouwen heeft dat probleem niet. Het gebruikt de door Kouwenhoven ontdekte majorana-deeltjes om een zogenoemde topologische quantumcomputer te bouwen. 

Majoranadeeltjes zijn de uiteinden van een reeks elektronenkoppelingen, die - in tegenstelling tot de rest van de keten - niet verbonden zijn. Die uiteinden kan je aan elkaar binden, om vervolgens knopen te leggen in de ‘draad’ die zo ontstaat. Die knopen bevatten informatie en dat is, kort gezegd, het fundament van Kouwenhovens computer. 

 

Onzuivere majoranadeeltjes

Theoretisch werkt het hele systeem. Nu is het zaak om deze computer in de praktijk te bouwen. Als het lukt, is het de stabielste quantummachine ooit. Het geknoopte touw verliest zijn informatie namelijk niet zo snel als andere qubits. Om hem te bouwen, moeten de onderzoekers op het lab echter uiterst puur materiaal weten te maken. Leren wat onzuiverheden in een staafje met majoranadeeltjes doen met de kwaliteit van een quantumchip. En vervolgens een computer bouwen met een heel netwerk van majoranadeeltjes, die in staat is berekeningen uit te voeren. 

Impressie van majorana-deeltjes. Beeld: Oak Ridge National Laboratory

 

Wanneer komt de computer?

Hoe lang dit alles gaat duren, weten de betrokkenen niet. Maar ze zijn er allemaal van overtuigd dát het gaat lukken. Dat is ook de reden dat Microsoft nu investeert: ‘Quantum gaat van theoretisch naar praktisch toepasbaar. Dat is het moment voor een bedrijf als Microsoft om te investeren’, vertelt de National Technology Officer Hans Bos. Het bedrijf heeft wereldwijd nog een handvol andere quantumlabs, vaak ook in samenwerking met universiteiten. Maar Bos denkt dat Nederland een streepje voor heeft. ‘Van al onze labs omvat dit Delftse lab de meeste aspecten van quantumtech. Het is fundamenteel en praktisch, er is materiaal- en hardwarekennis. Dat is bijzonder.’ 

Ook Kouwenhoven, van huis uit toch een erg fundamentele onderzoeker die lang op jacht was naar dat vluchtige majorana-deeltje, vindt de tijd rijp voor toepassing. ‘Van verkenning naar uitbuiting, dat is de fase waar quantum nu in zit.’