Hoewel niemand nog weet hoe de toekomstige quantumcomputer eruit zal zien of wat hij precies zal kunnen, voedt de radicaal andere manier waarop die futuristische machines rekenen bij kenners de hoop, dat ze straks onder meer versleutelde berichten kunnen kraken of op de persoon toegespitste medicijnen kunnen ontwikkelen.

Die superkracht begint bij de zogeheten qubit, de tegenhanger van de traditionele bit. Die kan, zo dicteren de wetten der natuurkunde, niet alleen ‘0’ of ‘1’ zijn, maar ook beide tegelijk. De vraag is daarbij welke fysieke verschijningsvorm zulke qubits in de toekomstige quantumcomputer krijgen.

Een van de opties zijn zogeheten quantumdots, rekeneenheden die gebruikmaken van het vertrouwde computerchipmateriaal silicium. In een artikel in het vakblad Nature Electronics beschrijven onderzoekers van quantuminstituut QuTech in Delft en computerchipgigant Intel hoe ze die onderdelen hebben geproduceerd met bestaande machines uit de fabrieken van het bedrijf.

Daarmee verwerft de quantumdot goede papieren om de definitieve quantumopvolger te worden van de transistor, de rekeneenheid die in traditionele computers met miljarden tegelijk op computerchips zitten en berekeningen uitvoeren. Een volwaardige quantumcomputer, eentje die elke denkbare quantumberekening kan uitvoeren, moet in de toekomst miljoenen tot miljarden van dat soort rekeneenheden bevatten.

Van pen naar printer

Uit de machines rolden in het experiment platte schijven met een doorsnede van 30 centimeter waarop tienduizenden quantumdots zitten. Daarvan werkte minimaal 98 procent naar behoren. Eén quantumdot analyseerden de onderzoekers bovendien uitgebreider, en zij toonden aan dat het inderdaad het gewenste qubit-gedrag vertoonde.

‘Vroeger ging in het lab de vlag al uit wanneer de helft van onze quantumdots goed werkte’, zegt fysicus Anne-Marije Zwerver (QuTech), hoofdauteur van het artikel. ‘Het is alsof je de stap zet van schrijven met pen, naar iets uitdraaien met een printer. Het eerste is langzaam handwerk, het tweede is uniform productie draaien, grote getallen, maar wel meer rigide.’

Fysicus Floris Zwanenburg (Universiteit Twente), die zelf ook onderzoek doet naar quantumdots, is enthousiast over het resultaat. ‘Dit is geweldig werk. De groep is jaren geleden gaan samenwerken met Intel, en dat levert nu het gewenste effect’, zegt hij.

Hij roemt het succesvol samensmelten van de onderzoeksculturen van de academie en het bedrijfsleven. ‘Wanneer wij als wetenschappers quantumdots maken in een cleanroom zijn we blij als er eentje werkt. Wanneer Intel duizend transistoren maakt en eentje doet het níét, vragen ze zich direct af waarom. Die twee werkwijzen moet je combineren als je in de toekomst op industriële schaal quantumcomputers wilt kunnen maken.’

De quantumdot loopt qua geboekte prestaties momenteel nog wat achter op de in het lab vervaardigde varianten die techreuzen als Google en IBM gebruiken in hun quantumprocessoren, maar door een tweetal voordelen kunnen ze de concurrentie op termijn voorbij streven, verwachten kenners. Ze zijn namelijk veel kleiner, wat het bouwen van machines met miljoenen of miljarden qubits eenvoudiger maakt. En ze maken gebruik van silicium, waardoor ze kunnen leunen op de bestaande infrastructuur en fabricagetechnieken van chipgiganten als Intel.

‘Maar dat laatste was hiervoor eigenlijk alleen theorie’, zegt Zwerver. ‘Wij hebben nu voor het eerst bewezen dat het ook in de praktijk zo uitpakt, op bestaande machines in een echte fabriek.’