Match van technologie en wetenschap leidt tot kwantumprocessor op licht

Sinds enkele maanden werken Renema en Taballione in de kersverse Twentse start-up Quix samen aan een kwantumprocessor op licht, een kwantumprocessor die volgens Renema geen enkele relatie heeft met de breder bekende kwantumcomputer. "Bij ons draait het niet om qubits of majorana’s, maar om fotonen."

Renema ontwikkelt fotonische kwantumprocessoren, chips waarover lichtdeeltjes (fotonen) zich bewegen en als informatiedragers fungeren. "Ze springen van het ene kanaal naar het andere en beïnvloeden elkaars pad, op een manier die alleen met kwantummechanica uit te leggen is. Vertaling naar digitale informatie is niet aan de orde. Je programmeert bijvoorbeeld een molecuul in en geeft aan wat er verandert, en die transformatie rolt dan uit de processor. Onze processor is zelf een kwantummechanisch systeem en daarom gaat het als het ware automatisch."

Boson Sampler

Het idee voor de ontwikkeling van deze processor komt voort uit Renema’s Rubicon-onderzoek in Oxford. Dat richtte zich op de Boson Sampler, een prototype van een niet-universele kwantumcomputer. De Boson Sampler omvat een netwerk van kanalen die in een glasplaat worden geplaatst. Renema’s doel was de bestaande Boson Sampler uit te breiden naar een fotonische kwantumprocessor, die ingewikkelde en grote berekeningen zou kunnen uitvoeren waar ‘gewone’ computers moeite mee hebben.

Rangeerterrein voor de lichtdeeltjes

In Oxford brak Renema zich het hoofd over de optische chip, een matrix, waarop de vele optische componenten geïntegreerd zouden kunnen worden. "Denk aan een rangeerterrein voor de lichtdeeltjes", zegt hij. Er was geen geschikt technologisch platform in zicht. Totdat Renema het artikel schreef dat Taballione onder ogen kwam. De promovenda met een kwantumoptica-achtergrond in Rome en specialiste op het gebied van fabricage van niet-geïntegreerde fotonische circuits, werkte in haar promotietraject samen met Lionix International. Dit bedrijf is gespecialiseerd in het ontwikkelen van chips op maat, zoals bijvoorbeeld ook fotonische geïntegreerde circuits. Lionix ontwikkelde de Triplex-technologie voor telecomtoepassingen. "In een gesprek met Jelmer was mijn conclusie dat Triplex de oplossing zou bieden", vertelt Taballione. De samenwerking tussen Renema en Taballione startte op dat moment.

Werkte meteen

Taballione stak het Kanaal over – "met de chip goed ingepakt in een hightech box" – en tot de verbazing van de onderzoekers in Oxford werkte het apparaat zodra de power supply werd aangesloten. Uit de vele experimenten kwam naar voren dat de chip uitermate geschikt was voor kwantuminformatie-doeleinden.

Redelijk betaalbaar

Met de Triplex-technologie werkt Quix nu aan het vergroten van de chip, naar een matrix van twintig bij twintig, en liever nog groter. Binnen enkele jaren moet de eerste commerciële fotonische kwantumprocessor de markt op. Renema: "Ons systeem past onder een tafel, kan zo in gebruik genomen worden en zal redelijk betaalbaar zijn." De markt zal in eerste instantie bestaan uit onderzoekslabs en – groepen, veronderstelt hij. Hij zegt dat het een voordeel is dat hij als onderzoeker de behoefte van collega-wetenschappers kan vertalen naar de producten van Quix. De volgende stap is dan de ontwikkeling van de chip die de klassieke computers het nazien moet geven.