Delftse onderzoekers zetten Meisje met de parel op atoomschaal en tonen zo de precisie voor quantumchips

Een portret van vijftig micrometer

Bij QuTech, het quantuminstituut van de TU Delft, is een versie van Meisje met de parel gemaakt die ongeveer vijftig micrometer meet. Dat is grofweg de dikte van een mensenhaar, dus met het blote oog valt er niets te zien. Het beeld staat niet op papier maar in een kristal.

De makers zijn de onderzoekers Laurens Feije en Gerben Timmer. Zij werken in de onderzoeksgroep van Tim Taminiau. Het portret is naar buiten gebracht via het instituut zelf en werd daarna opgepikt door Nederlandse media, waaronder Computable en de Telegraaf.

Hoe een lichtpuls een atoom weghaalt

De techniek draait om gerichte pulsen ultraviolet laserlicht. Daarmee kan op een vooraf gekozen plaats heel precies een siliciumatoom uit het kristalrooster worden gehaald. Wat overblijft is een gaatje in de ordelijke opbouw van het materiaal, in vakjargon een defect.

Zo een defect is geen fout maar het doel. De lege plek gedraagt zich als een klein magnetisch systeem waarvan de toestand met licht is uit te lezen en te sturen. Daarmee wordt het een qubit, de rekeneenheid waarmee quantumcomputers werken.

Waarom siliciumcarbide en niet diamant

Het gastmateriaal is siliciumcarbide, een kristal dat bijna zo hard is als diamant. Anders dan diamant wordt het al op grote schaal industrieel gebruikt, onder meer in de vermogenselektronica van elektrische auto's en laadinfrastructuur.

Dat is meer dan een detail. Een quantumtechnologie die aansluit op een materiaal waarvoor al fabrieken, toeleveranciers en bewerkingsprocessen bestaan, hoeft minder van nul af aan op te bouwen dan een technologie die om een exotisch kristal vraagt.

Een idee uit Harvard, verder gebracht in Delft

Het idee om met deze methode een afbeelding op microschaal te zetten komt oorspronkelijk van Harvard. In Delft is het aangepast en verfijnd voor gebruik in speciaal vervaardigde nanofotonische structuren, dus in materiaal dat in de cleanroom al is voorbewerkt om licht te geleiden.

De onderzoekers omschrijven de uitkomst als volledige controle over materie op de kleinste schaal, bereikt door geavanceerde cleanroomfabricage te combineren met uiterst nauwkeurige kalibratie. Het portret is daarbij de meetlat: elk beeldpunt is een plaatsing die goed of fout gaat.

De eerste pogingen liepen uit op gesmolten materiaal

Meteen raak was het niet. Bij de eerste experimenten ging er te veel energie het kristal in, waardoor het materiaal smolt in plaats van dat er netjes een enkel atoom werd verplaatst. Er gingen maanden van bijstellen overheen voordat de puls precies genoeg was.

Die aanloop zegt iets over het werkelijke probleem in dit vakgebied. Niet het bestaan van een qubit is het knelpunt, maar de vraag of je er duizenden of miljoenen op precies de goede plek kunt krijgen, reproduceerbaar en zonder de omgeving te beschadigen.

Wat de demonstratie wel en niet aantoont

Voorzichtigheid is hier op zijn plaats. Het portret laat zien dat plaatsing nauwkeurig en herhaalbaar kan, maar het is geen werkende quantumprocessor en zegt op zichzelf niets over rekenkracht of foutcorrectie. Dat blijven de moeilijkste opgaven in het veld.

Ook is dit naar buiten gebracht als demonstratie van een techniek, niet als een resultaat met eigen meetgegevens over hoe lang de gemaakte qubits hun toestand vasthouden. Zonder die cijfers valt niet te beoordelen hoe goed de defecten in de praktijk presteren.

De lijn naar het quantuminternet

Defecten die met licht zijn aan te spreken, zijn interessant voor meer dan rekenen alleen. Ze vormen ook de knooppunten waarmee een quantumnetwerk kan werken, waarbij informatie zo is verweven dat meekijken direct sporen achterlaat.

Delft werkt daar al langer aan, en juist de combinatie van een kristal dat licht geleidt met defecten op een gekozen plek maakt het aantrekkelijk. Hoe ver dat van praktische toepassing af staat, blijft in deze aankondiging in het midden.

Wat dit betekent voor Nederland

Voor Nederland raakt dit aan een bredere inzet. De overheid en kennisinstellingen zetten quantumtechnologie neer als terrein waarop het land internationaal kan meedoen, met Delft als zwaartepunt en met Europese programma's die de stap van laboratorium naar productie moeten maken.

Tegelijk is de nuchtere lezing dat hier een gereedschap wordt aangescherpt, niet dat er een product klaarligt. De waarde zit in de fabricagekant, en dat is precies het onderdeel waar een land met een sterke halfgeleiderindustrie iets te bieden heeft.