Vier subsidies voor quantumtechnologie projecten van TU/e

18 januari 2024

De financiering voor de projecten komt van Quantum Delta NL in samenwerking met NWO.

Foto: iStockphoto (Bartlomiej Wroblewski)

Quantumbestendige beveiligingssystemen, optische pincetten, quantumsleuteldistributie en quantumcomputers op basis van neutrale atomen zijn de onderwerpen die aan bod komen in de vier TU/e-projecten die worden gefinancierd binnen het Nationaal Groeifonds (NGF)-programma Quantum Technology, uitgevoerd door NWO in samenwerking met Quantum Delta NL. Alle onderzoekers van de vier gefinancierde projecten maken deel uit van het Eindhoven Hendrik Casimir Instituut (EHCI), het TU/e-instituut dat innovatief onderzoek op het gebied van fotonica, elektronica en kwantumtechnologie aanstuurt.

Het doel van Quantum Delta NL (QDNL) en NWO is het realiseren van de broodnodige wetenschappelijke en technologische doorbraken op het gebied van quantumtechnologie, zoals quantum sensing-toepassingen, quantum computing en quantumnetwerken.

In totaal werd bijna 10,4 miljoen euro toegekend aan 19 projecten in Nederland. QDNL heeft over een periode van zeven jaar 42 miljoen euro gereserveerd voor onderzoek en innovatie.

Het viervoudige succes van de TU/e

Van de negentien succesvolle projecten zijn er vier gevestigd aan de TU/e, waarbij alle betrokken onderzoekers sterk verbonden zijn met het Eindhoven Hendrik Casimir Instituut (EHCI). Het instituut werd officieel gelanceerd in 2021 en onderzoekt het allernieuwste op het gebied van fotonica en kwantumtechnologieën.

De vier succesvolle TU/e-projecten bestrijken een breed scala aan onderwerpen gerelateerd aan de wereld van quantum. Meer informatie over deze projecten vindt u hieronder.

Kwantumcomputers met neutrale atomen

Voor haar project AtomCOMP gaat Aida Todri-Sanial quantumcomputers onderzoeken die gebaseerd zijn op neutrale atomen. Een neutraal atoom is een atoom dat een gelijk aantal protonen en elektronen heeft, wat betekent dat het niet geladen is. In quantumcomputers is het belangrijk om de atomen die worden gebruikt om gegevens op te slaan als zogenaamde qubits, af te koelen tot zeer lage temperaturen. Neutrale atomen zijn makkelijker af te koelen en mee te werken dan geladen atomen.

Optische pincet

Een optisch pincet is een laserstraal die een atoom kan vasthouden, net zoals een pincet een klein voorwerp kan vastpakken. Als het gaat om het opslaan van informatie in atomen in quantumcomputers, zijn optische pincetten hard nodig. Voor hun project zijn Oded Raz en Edgar Vredenbregt van plan de mogelijkheden van optische pincetten te verbeteren.

Snelle distributie van quantumsleutels

In de toekomst is de kans groot dat je informatie gaat versturen met een beetje hulp van Quantum Key Distribution (QKD), het veilig delen van informatie met behulp van geheime sleutels, gebaseerd op de quantummechanica. Voor zijn gefinancierde project wil Idelfonso Tafur Monroy de eerste volledig geïntegreerde, snelle QKD-zender ontwikkelen.

Quantumbestendige beveiligingssystemen

Er is veel positiviteit met betrekking tot quantumcomputers, maar er zitten ook nadelen aan de succesvolle ontwikkeling van quantumcomputers. Eén daarvan is dat onze huidige beveiligingssystemen kunnen worden doorbroken met een grootschalige quantumcomputer. Voor hun project Extensions of Post-quantum CryptograpHy and Algorithms of kortweg EPOCHAL willen Tanja Lange en Kathrin Hövelmanns vervangingen ontwerpen voor onze huidige beveiligingssystemen.

Motiverend voor onderzoekers

Servaas Kokkelmans, hoogleraar bij de faculteit Applied Physics and Science Education (APSE) en voorzitter van de Quantum Toetsingscommissie van NWO, onderkent het belang van de Quantum Technology-subsidies.

“De tweede Quantum Technology call was een groot succes. De succesvolle voorstellen zijn verspreid over verschillende expertisegebieden en toepassingen van quantumtechnologie en dragen allemaal bij aan de drie katalysatorprojecten van QDNL. Zowel de kwaliteit van de voorstellen als het slagingspercentage zijn zeer hoog. Dit is zeer motiverend voor de onderzoekers en zal hun betrokkenheid bij QDNL aanzienlijk vergroten.”

MEER INFORMATIE OVER DE TU/E QUANTUM TECHNOLOGY-SUBSIDIES

Kwantumcomputers met neutrale atomen

Het bekroonde project van Aida Todri-Sanial betreft kwantumcomputers die zijn gebaseerd op neutrale atomen, en de titel van het project is AtomCOMP. Neutrale atomen, waarbij het aantal elektronen gelijk is aan het aantal protonen,beloven betere schaalbaarheid, een gemakkelijke koelingsomgeving en flexibele plaatsing van qubits. Dit maakt meerdere qubit-bewerkingen en het parallellisme van kwantumbewerkingen mogelijk.

De meeste ontwerpmethodologieën – zoals compileren, synthetiseren en foutbeperking – zijn primair gericht op supergeleidende qubits. Specifieke circuitontwerpmethoden die het potentieel van de kwantumarchitectuur van neutrale atomen benutten en ondersteunen, zijn nog grotendeels onontgonnen.

Het project AtomCOMP vult die lacune op door een nieuw hybride compilatieframework te ontwikkelen dat qubit-mapping en pulsoptimalisatie op circuitniveau combineert. Hierdoor kan AtomCOMP profiteren van multi-qubit-bewerkingen.

Optische pincet

Oded Raz en Edgar Vredenbregt hebben financiering gekregen voor onderzoek naar ‘optische pincetten’, een laserstraal die een atoom kan vasthouden, net zoals een pincet een klein voorwerp kan vastpakken. Dergelijke ‘optische pincetten’ zijn een essentieel onderdeel van een nieuw type computer dat gebruik maakt van kwantummechanica om berekeningen te versnellen.

Kwantumcomputers die atomen gebruiken om informatie te verwerken, staan nog in de kinderschoenen en zullen, om volwassen te worden, een groter ‘atomic register’ nodig hebben.

In dit werk worden technieken uit de fotonica gecombineerd met de atoomfysica om dit probleem op te lossen.

Snelle distributie van kwantumsleutels

Idelfonso Tafur Monroy en zijn team hebben een Quantum Technology-subsidie ontvangen om de eerste volledig geïntegreerde, snelle Quantum Key Distribution (QKD)-zender te ontwikkelen die discrete variabele protocollen kan ondersteunen, zoals meetapparaat-onafhankelijke QKD-protocollen.

Om deze ambitieuze doelstelling te bereiken zijn diepgaande synergieën nodig tussen technieken gebaseerd op kwantumcommunicatie en fotonische integratietechnologie. Het resultaat, een QKD-zender op chip, zal de noodzakelijke optische componenten integreren die nodig zijn om QKD-implementaties met meerdere protocollen te ondersteunen. In combinatie met geïntegreerde detectoren met één foton zal dit voorgestelde QKD-systeem op chip de weg vrijmaken voor de succesvolle integratie van QKD in toekomstige kwantumcommunicatienetwerken.

Kwantumbestendige beveiligingssystemen

Tanja Lange heeft samen met haar medeaanvrager Kathrin Hövelmanns een subsidie toegekend gekregen voor hun project EPOCHAL – wat staat voor Extensions of Post-quantum CryptograpHy and Algorithms. Terwijl veel projecten voor de ontwikkeling van kwantumcomputing de voordelen benadrukken die dergelijke computers kunnen opleveren, behandelt het EPOCHAL-project de gevolgen van dit succes: momenteel gebruikte beveiligingssystemen kunnen worden doorbroken met een grootschalige kwantumcomputer en er zijn nieuwe systemen nodig om deze te vervangen. Helaas zijn veilige vervangingen niet voor alle situaties direct beschikbaar.

Het EPOCHAL-project zal vervangingen ontwerpen en analyseren en functionaliteiten onderzoeken en bouwen die nodig zijn om deze in grotere systemen te integreren.

Over Quantum Delta NL

Quantum Delta NL werkt aan de ontwikkeling van quantumhardware en -software, talent- en ecosysteemontwikkeling en maatschappelijke impact. Met de toekenning van 615 miljoen euro uit het Nationaal Groeifonds in april 2021, rolt Quantum Delta NL een programma met drie katalysator (KAT) programma’s en vier actielijnen uit.

In KAT-1 wordt gewerkt aan Quantum Inspire, de eerste publieke Europese quantumcomputer in de cloud.

In het KAT-2 programma wordt de basis gelegd voor de volgende generatie van de digitale infrastructuur in Nederland en een quantuminternet ontwikkeld.

In KAT-3 werken bedrijven en kennisinstituten samen aan de ontwikkeling van de technologie en toepassingen van quantum-sensing.

Daarnaast omvat het programma actielijnen op alle schakels van het ecosysteem: onderzoek en innovatie (Actielijn 1), ondernemerschap en ecosysteem ontwikkeling (Actielijn 2), talent (Actielijn 3) en maatschappelijke impact (Actielijn 4). De huidige call geeft uitvoering aan Actielijn 1 ‘onderzoek en innovatie’.

Quantum Delta NL is de stichting die de belangrijkste kennisinstellingen op het gebied van quantumtechnologie in Nederland met elkaar verbindt, en uitvoering geeft aan de Nederlandse Nationale Agenda Quantum Technologie. De missie van Quantum Delta NL is om het bloeiende Nederlandse quantum-ecosysteem verder te versterken tot het meest relevante voor Europa.

Over het Nationaal Groeifonds

Via het Nationaal Groeifonds (NGF) investeert de overheid in de periode van 2021 tot 2025 twintig miljard euro in projecten die economische groei op lange termijn waarborgen.

Het Nationaal Groeifonds investeert onder andere in onderzoeks-, ontwikkelings- en innovatieprojecten. In een aantal van deze projecten is NWO betrokken als een van de uitvoerende organisaties, onder meer voor het organiseren van subsidieprogramma’s voor wetenschappelijk onderzoek of wetenschappelijk talent.

Meer informatie: www.nwo.nl/groeifonds