Leidse wetenschappers krijgen miljoenen voor onderzoek naar quantumtechnologie

Zes projecten van de Universiteit Leiden ontvangen een subsidie voor quantumonderzoek van het nationaal groeifrondsprogramma Quantum Delta Nederland en de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). In totaal worden negentien onderzoeken gesteund. Zes daarvan worden uitgevoerd door Leidse onderzoekers.

Om quantumtechnologie te stimuleren is niet alleen het bedrijfsleven hard nodig, maar ook de wetenschap. Dat vindt Quantum Delta Nederland die bijna tien miljoen euro beschikbaar stelt aan de natuurkundigen, informatici en wiskundigen die werken aan quantumonderzoek. “Deze brede expertise draagt bij aan de ontwikkeling van allerlei quantumtechnologiëen. Onderzoek naar nieuwe sensoren, snellere algoritmes en quantummaterialen bijvoorbeeld”, legt de organisatie uit.

Superfluïde quantuminformatica – Dirk Bouwmeester
Superfluïde helium is één van de meest exotische vormen van quantummaterie en, net als supergeleiders, vertoont het discrete verlies-vrije excitaties, zoals wenselijk voor quantumgeheugens en quantumcomputers. Superfluïde helium is tevens het ultieme optomechanische systeem, waardoor lichtdeeltjes kunnen koppelen aan de superfluïde quantumgolven. Dit is van belang voor quantumnetwerken en voor het genereren van quantumverstrengeling op afstand. De onderzoekers gaan geïntegreerde fotonica-technologie combineren met ingebedde superfluïde nano-kanalen om de interactie tussen licht en akoestische heliumgolven tot op het niveau van individuele quantumexcitaties te controleren, en zo een schat aan nieuwe quantumtechnologieën te ontplooien.

Quantumalgoritmen voor wiskundige problemen – Peter Bruin
Quantumcomputers hebben de potentie om bepaalde algoritmische problemen veel efficiënter op te lossen dan klassieke computers. Maar het is nog slechts ten dele bekend wat voor structuur een probleem precies moet hebben om vatbaar te zijn voor zo’n ‘quantumversnelling’. De onderzoekers zettentechnieken uit de algebra en getaltheorie inom nieuw inzichten te krijgen. Ze demonstreren de resulterende algoritmen door ze op kleinschalige quantumchips uit te voeren.

Problemen in topologische data-analyse oplossen – Patrick Emonts
Topologische data-analyse is een nieuwe benadering om robuuste informatie uit gecompliceerde datasets te halen. Het wordt gebruikt in de geneeskunde, biologie, financiën en tijdreeksanalyse. Topologische data-analyse kan worden geformuleerd als een probleem in de quantummechanica. Met deze nieuwe formulering kunnen we gebruikmaken van de kracht van variatie-quantumalgoritmen en quantum-geïnspireerde methoden op klassieke computers om lastige problemen in topologische gegevensanalyse op te lossen.

Betere componenten voor het quantuminternet – Martin van Exter
De eerste stappen richting de bouw van een quantuminternet zijn gezet, maar er moet nog veel gebeuren. De groep van Van Exter onderzoekt mogelijkheden om de bouwstenen van dit quantuminternet te verbeteren. De relatieve nieuwe Van der Waals-materialen die de onderzoekershiervoor gebruiken bieden ongekende mogelijkheden omdat ze laag voor laag kunnen worden ontworpen en gefabriceerd. En door deze ultradunne materialen tussen twee spiegels op te sluiten worden hun goede eigenschappen nog verder versterkt. De combinatie van nieuwe materialen met optische opsluiting biedt de mogelijkheid om de, tot nog toe bescheiden, communicatiesnelheid op het quantuminternet met vele factoren van tien te vergroten.

Een quantum-uitlezing voor een quantumsensor – Bas Hensen en Kaveh Lahabi
De meest gevoelige detectoren voor een magnetisch veld zijn supergeleidende kringetjes op een chip op nanoschaal. Ze worden gebruikt in quantumcomputers, medisch onderzoek en zelfs in de ruimtevaart. In dit onderzoek breiden we de mogelijkheden van deze detectoren uit door ze te koppelen aan hoogfrequente supergeleidende resonatoren. Hierdoor kunnen de detectoren beter en sneller worden uitgelezen, maar daarnaast maakt het ook de coherente koppeling mogelijk van de resonatoren aan andere systemen die een magnetisch veld produceren, zoals de beweging van een klein magnetisch deeltje. Daardoor kan de beweging gecontroleerd worden, tot in het quantum-regime.

Boosting the Search for New Quantum Algorithms with AI – Alfons Laarman en Vedran Dunjko
Vergeleken met klassieke algoritmen, die hebben genoten van decennia aan doorontwikkeling, staan veel quantumalgoritmen nog in de kinderschoenen. De sleuteltechnologieën in klassieke algoritmen bieden vaak een exponentieel voordeel. Dit project gaat deze sleuteltechnologieën toevoegen aan quantumalgoritmen, zodat deze van hetzelfde voordeel genieten bovenop de quantumversnelling. De resulterende nieuwe lijn van quantumalgoritmen zal daarom eerder vergeleken kunnen worden met hun klassieke tegenhangers. Hierdoor wordt een belangrijk gat gedicht op weg naar een ‘quantumvoordeel’, een eerste experiment dat aantoont dat quantumalgoritmen sneller kunnen zijn dan klassieke algoritmen voor een nuttige taak.

Het groeifonds Quantum Delta Nederland organiseert stimuleert samen met de NWO wetenschappelijk quantumonderzoek. Vorig jaar werd het Leidse technologiebedrijf Cryogenics door de organisaties beloond met een miljoenensubsidie voor haar quantumonderzoek.

Leiden Maatschappij Science