Imec-onderzoeker Anton Potočnik is door de European Research Council (ERC) geselecteerd voor een prestigieuze Consolidator Grant ter waarde van 2,86 miljoen euro. Met deze beurs zal hij de komende 5 jaar een nieuwe onderzoekslijn uitbouwen rond  SuperQold’, een project dat een van  de grote technische hindernissen     voor kwantumcomputers wil oplossen.

Vandaag gebruiken we klassieke computers voor vrijwel alles, maar er bestaan problemen die zelfs de krachtigste supercomputers niet aankunnen. Denk aan het ontwerpen van nieuwe geneesmiddelen, het optimaliseren van complexe logistieke systemen, of het simuleren van chemische reacties. Kwantumcomputers bieden hier een mogelijke doorbraak.

In een gewone computer wordt informatie opgeslagen in bits die enkel 0 of 1 kunnen zijn. Een kwantum bit of qubit daarentegen kan 0 zijn, 1 zijn, of tegelijk 0 én 1 zijn (superpositie). Daarnaast kunnen qubits ook met elkaar verweven raken, waardoor ze informatie op  een volledig nieuwe manier verwerken.

Kwantumcomputers kunnen bepaalde berekeningen veel sneller uitvoeren dan klassieke computer, vooral bij complexe problemen met enorme hoeveelheden variabelen. 

Van honderden naar miljoenen qubits 

Vandaag bestaan er al kwantumprocessoren met tientallen qubits, en processoren met enkele honderden worden ontwikkeld.

Maar om echt bruikbare toepassingen te ondersteunen, zijn miljoenen qubits nodig. 

Dat vraagt echter veel meer dan ‘gewoon opschalen’. In huidige systemen worden qubits uitgelezen via een wirwar aan bekabeling en grote meetcomponenten die vertrekken vanuit een koelkast die tot bijna het absolute nulpunt wordt gekoeld. Enkel bij deze ultra lage temperaturen ontstaan de kwantumtoestanden die nodig zijn om informatie op te slaan, en blijven ze ook lang genoeg stabiel om berekeningen uit te voeren.

“Die hele aanpak is inefficiënt, complex en duur,” aldus Potočnik. “Het is vandaag een van de grootste hindernissen bij de ontwikkeling van grotere kwantumcomputers.” 

De SuperQold aanpak

Het ERC-project SuperQold wil dit fundamenteel anders oplossen. Potočnik stelt voor om de elektronica die qubits uitleest meteen naast de qubits te plaatsen, dus eveneens op temperaturen van slechts enkele millikelvin (duizendsten van een graad boven het absolute nulpunt).  

Dat heeft drie grote voordelen:

• veel minder bekabeling in het koelsysteem
• geen grote, energieverslindende meetapparatuur meer nodig op kamertemperatuur
• snellere en efficiëntere foutcorrectie, essentieel voor schaalbare kwantumcomputers 

“Met SuperQold willen we aantonen dat geavanceerde nano-elektronica ook bij extreem lage temperaturen kan werken en qubits betrouwbaar kan uitlezen,” zegt Potočnik. “Als dat lukt, kunnen we kwantumprocessoren op een volledig nieuwe manier bouwen.”

“Deze ERC Consolidator Grant is een sterke erkenning voor het werk en de visie van Anton Potočnik op het gebied van supergeleidende kwantumtechnologie en de koppeling tussen kwantum systemen en klassieke elektronica,” zegt Kristiaan De Greve, program director Quantum Computing en fellow bij imec.

 “Het SuperQold-project sluit perfect aan bij imecs ambitie om kwantumcomputers op te schalen van labo-opstellingen naar industriële productie. Om zulke grote systemen te bouwen, moeten qubits en de elektronica die hen aanstuurt perfect samenwerken, zelfs bij extreem lage temperaturen. Antons ERC-project richt zich precies op die uitdaging: het verbeteren van de uitlezing van qubits vlak bij de bron. Dat is een belangrijke stap om huidige technische knelpunten weg te nemen.”

Over Anton Potočnik

Anton Potočnik werkt sinds 2018 bij imec aan supergeleidende qubits, nieuwe integratietechnieken en besturingselektronica op extreem lage temperaturen. Hij werkte eerder als postdoc aan ETH Zürich en behaalde zijn doctoraat in Ljubljana aan het Jožef Stefan Institute, waar hij moleculaire supergeleiders bestudeerde.

Als onafhankelijk onderzoekscentrum verbindt imec zich ertoe zijn expertise in te zetten om de feiten rond technologie en innovatie helder en objectief weer te geven, en zo de maatschappij te helpen ze te begrijpen en te plaatsen.