Nederlands bedrijf Qblox versnelt ontwikkeling quantumcomputer

Natuurkundig ingenieur Jules van Oven en experimenteel quantumfysicus Niels Bultink zijn de founders van de startup Qblox, een hightech bedrijf dat de ‘control stack’ maakt voor quantumcomputers. Ze spelen een centrale rol in wat wel eens de ‘Europese revanche op Silicon Valley’ kan gaan worden, als het gaat om technologische ontwikkeling. 

Hoe is het idee van Qblox ontstaan?

“Beide werkten we bij QuTech, een instituut dat onderzoek doet naar quantumtechnologie. Tijdens ons eigen onderzoek merkten we dat we veel tijd kwijt waren aan het opbouwen van het systeem. Het kostte veel werk om de verschillende apparaten te laten communiceren, waardoor een groot deel van onze tijd in het verbeteren van fouten ging zitten. Nu maken wij een product waardoor andere wetenschappers deze tijd niet kwijt zijn.”

Wat doet Qblox? 

“We richten ons op één onderdeel van de quantumcomputer: de aanstuurelektronica, oftewel de ‘control stack’. De signalen die de quantumprocessor aansturen zijn bijzonder en moeilijk te maken. De quantumprocessor is een chip van ~1cm waarop berekeningen worden uitgevoerd. Hierop bevinden zich de quantum bits of kortweg qubits, de elementaire bouwstenen van een quantumprocessor. De chip zit in een enorme koelkast van wel drie meter hoog, die hem afkoelt tot heel dicht bij het absolute 0-punt. De Qblox fungeert als een tussenstop waarin de input van een klassieke computer wordt omgezet in signalen die de quantumprocessor aanstuurt. Qblox is als het ware een vertaler tussen de klassieke wereld en de quantumprocessor in de kou.”

Wat maakt de Qblox bijzonder?

“De Qblox onderscheidt zich van andere apparaten door de schaalbaarheid naar meer qubits. Huidige apparaten die gebruikt worden als ‘control stacks’ halen niet meer dan een paar qubits. Om meer qubits aan te sturen werden verschillende apparaten naast elkaar gezet. Door gebrekkige communicatie tussen de apparaten levert dit een complex, groot en onsamenhangend geheel. Wij zijn erin geslaagd de boel te integreren en soepele samenwerking te garanderen tot nanoseconde precisie. Van de Qblox kun je daarnaast vele dozen op elkaar zetten en ze samen laten werken alsof het één apparaat is. Daardoor kun je opschalen van tientallen qubits naar duizendtallen qubits. Dat hebben we nodig om van een prototype quantumcomputer te evolueren naar een quantumcomputer waar je wezenlijke toepassingen mee kan bereiken. Onze apparatuur is een factor 100 kleiner, veel flexibeler en goedkoper.”

Wat kan een quantumcomputer, dat een klassieke computer niet kan?

“Met de huidige technologieën in klassieke computers komt er een einde aan de ontwikkeling van computerkracht. Dat komt omdat de grootte van de bits in processoren neigt naar de grootte  van enkele moleculen. Op die schaal treden er heel andere natuurkundige effecten op, dan waar computers voorheen mee werkten. Quantummechanica gaat over natuurkundige effecten op deze schaal. Daarom is het tijd voor de quantumcomputer.  

Op een klassieke computer nemen veel wiskundige problemen exponentieel toe in oplostijd, wanneer je ze uitbreidt. Een voorbeeld is het bekende handelsreizigers probleem, dat terugkomt in veel logistieke optimalisaties. Wanneer het aantal steden uitbreidt voor de reiziger, gaat de oplossingstijd om de beste route te bepalen al heel gauw naar ‘oneindig’. Voor een quantumcomputer gaat de exponentiële toename in oplostijd voor veel van dit soort problemen niet op. 

Een quantumcomputer berekent niet alles sneller dan een gewone computer. Het gaat om het type problemen. Er zijn veel wiskundige problemen waar de huidige computers slecht in zijn, zoals het simuleren van chemische processen. Neem bijvoorbeeld het produceren van kunstmest. Hiervoor is rond de 1.5% van het totale energieverbruik nodig. We zorgen nu dat fosfor zich bindt aan moleculen op een manier die veel energie kost. Terwijl we weten dat het efficiënter kan, omdat dit ook in planten gebeurt. Huidige computers zijn echter niet in staat dit proces te simuleren, waardoor we de chemische reactie niet begrijpen. Een quantumcomputer kan deze simulatie wel aan.”

Wie gaat de Qblox gebruiken?

“Het is nog moeilijk te voorspellen wat de nieuwe rekenkracht exact gaat bieden, omdat de quantumcomputer nog vol in ontwikkeling is. Voor zover bekend liggen toepassingen overal: in het vinden van nieuwe medicijnen en materialen, maar ook in het verbeteren van zoekmachines en scheikundige processen. Wie wist in de jaren 50 dat Snapchat of facebook ooit zou voortvloeien uit de eerste transistoren? Op het moment bevinden de ontwikkelaars van quantumcomputers zich vooral in de onderzoeksmarkt. Denk bijvoorbeeld aan overheden, universiteiten maar ook it-giganten zoals Google en Intel. Onze huidige klanten bevinden zich van de westkust van Amerika tot de oostkust van Australië. Het is een compleet internationaal veld. Onze missie is om marktleider te zijn in het leveren van de controlesystemen. Wij staan klaar om mee te schalen met het succes dat de quantumcomputer te bieden heeft.”

Jullie zijn pioniers, hoe maak je winst?  

“Grootste uitgaven gaan zitten in de ontwikkeling van de Qblox. Die kosten gaan over salaris, het prototypen van hardware en de apparatuur om te testen of alles goed werkt. We zijn begonnen met subsidies speciaal bedoelt om valorisatie van universiteiten te stimuleren. En er ontstaan steeds meer internationale fondsen die zich specialiseren op quantumtechnologie. Daarnaast draaiden we vanaf het begin al een stevige omzet door de verkoop van onze eerste prototypes zoals ze bij QuTech ontworpen zijn. We zoeken klanten uit die passen bij ons ontwikkelpad. Op het moment hebben we veel ‘launching customers’, die bezig zijn met onderzoek. We breiden dit stap voor stap uit naar de bredere markt.”

Wat maakt jullie zo enthousiast over quantum technologie?  

“Quantum technologie is een van de meest high tech onderwerpen waar je aan kan werken. Op dit moment is Nederland een voorloper als het gaat om de technologie voor quantumcomputers. We kunnen dit zien als onze technologische inhaalslag nadat Europa de ‘IT boot’ had gemist, vergeleken met de ontwikkelingen in Silicon Valley. De rekenkracht en de toepassing die de quantumcomputer gaat opleveren is groots! We staan nu aan de beginjaren van een nieuwe revolutie. Dat is het spannende van quantumtechnologie.”