Arbeidskracht voor de toekomst van quantum

Caterina Taballione belt in vanuit Rome. Het sluit goed aan bij het grenzeloze onderzoek dat wordt gedaan op het gebied van quantumtechnologie. QuiX Quantum, het Enschedese bedrijf waaraan Caterina zich sinds de oprichting heeft verbonden, werkt onder andere samen met Saxion. Het is een samenwerking die van start ging bij de opening van het Applied Quantum Photonics Lab in oktober 2023. "Bij QuiX Quantum ben ik begonnen als quantum system engineer," zegt Caterina. "Naarmate het bedrijf groeide, ging ik meer naar de commerciële kant van het werk. Nu ben ik verantwoordelijk voor onze commerciële activiteiten en partnerschappen. Ik geef leiding aan een klein team van vijf mensen. Onze focus is om quantum computing en de toepassingen ervan op de markt te brengen."

Dat op de markt brengen van quantum computing is nog niet zo eenvoudig. Zo is het een uitdaging om het verlies van quantuminformatie tot een absoluut minimum te beperken. Caterina legt uit: "Bij QuiX Quantum gebruiken we een siliciumnitrideplatform, waarmee complexe en krachtige fotonisch geïntegreerde schakelingen mogelijk worden gemaakt. Met het platform dat we gebruiken, genaamd TriPleX^TM, kunnen we een zeer grote verwerking van quantuminformatie garanderen, met tegelijkertijd een zeer laag verlies. Dat is belangrijk wanneer je te maken hebt met lichtdeeltjes die informatie dragen. Zelfs als er maar één foton verloren gaat, heb je een probleem."

Arbeidskracht van de toekomst

Terwijl Caterina online met ons in gesprek is, zouden we bijna vergeten dat we 'gewoon' in Enschede zijn. Of eigenlijk zitten we op een heel bijzondere plek. Dmytro Polishchuk, Sr. onderzoeker Applied Quantum Technologies, heeft ons uitgenodigd in het Quantum Talent & Learning Center in Connect-U. "Tien jaar geleden ben ik gepromoveerd als natuurkundige," vertelt hij. "Ik werk hier nu ruim een jaar bij het lectoraat Applied Nanotechnology. Ik maak deel uit van de Saxion-onderzoeksgroep voor quantumtechnologie. We zetten hier ons onderzoekslab op, dat we het Applied Quantum Photonics Lab noemen. Tegelijkertijd fungeert deze locatie als Talent & Learning Center (TLC), gefinancierd door Quantum Delta."

Iets waar Dmytro voortdurend mee bezig is, is het leggen van verbindingen tussen 'zijn' onderzoeksgroep en praktijkpartners buiten Saxion. "We doen ons onderzoek in samenwerking met bedrijven en andere academische onderzoeksgroepen,” zegt hij. "Maar de focus ligt echt op de toegepaste aspecten. Vaak nemen we een proof of principle-technologie als uitgangspunt. Vervolgens onderzoeken we hoe ver we daarmee kunnen komen. Of we een hoger Technology Readiness Level kunnen bereiken. Het TLC Twente, opgericht door Quantum Delta NL, is een van de vier hubs in Nederland die partnerinstellingen en bedrijven met elkaar verbindt, en waar verschillende disciplines elkaar ontmoeten. Zo kan het onderwijs leren wat de vraag is vanuit het bedrijfsleven. Tegelijkertijd kunnen bedrijven invloed uitoefenen op onderwijsprogramma's, met de vragen die ze hebben. Arbeidskracht, daar gaat het uiteindelijk om. Hier leiden we de quantum engineers van de toekomst op."

De ideale combinatie

Meer nog dan het vinden van voldoende mensen, is het voor veel technische bedrijven vooral een uitdaging om mensen te vinden die de juiste combinatie van kennis en vaardigheden hebben. "Ja," beaamt Caterina, "dat is een van de grootste moeilijkheden. Vooral in het quantumdomein, en specifiek voor quantumcomputerbedrijven. Het is echt een combinatie van dingen die je nodig hebt. In de basis gaat het dan om een diploma in de natuurkunde. Maar je moet ook kennis hebben van elektrotechniek, informatica, enzovoort. Daar kun je een heel leven mee vullen, maar voor de industrie is die combinatie van kennis en kunde cruciaal om door te kunnen gaan."

De zoektocht naar die cruciale combinatie, is een belangrijke bestaansreden voor het Quantum Talent & Learning Center. "Ook de academische wereld sluit zich hierbij aan," zegt Caterina. "Zowel onderzoekers als onderwijsinstellingen. Zij zien ook dat het simpelweg nodig is om al deze vaardigheden tegelijkertijd onder de knie te krijgen. Daarvoor moeten onderwijsprogramma’s worden hervormd. Je wilt de specifieke thema's en vaardigheden voor de toekomstige beroepsbevolking op één plek kunnen aanbieden. Soms lijkt het alsof je moet wachten tot alle planeten op één lijn staan. Het is iets wat zelden gebeurt, maar nogmaals: het is echt nodig."

Good chip, bad chip

Een extra complicerende factor: de ontwikkelingen in de quantumtechnologie gaan snel. Hoe kun je dit als onderwijsinstelling allemaal bijbenen? "Dat is een continu proces," zegt Dmytro. "Gelukkig kunnen we de koers ook bijsturen als dat nodig is. Komend semester wordt een masteropleiding Applied Quantum Technologies gezamenlijk aangeboden door vier hogescholen: Saxion in Enschede, De Haagse Hogeschool in Delft, Fontys in Eindhoven en de HvA in Amsterdam. Ook onze onderzoekers zijn hier nauw bij betrokken. Ze kunnen feedback geven, om zo de juiste zaken in het programma te laten opnemen. Via bedrijven die betrokken zijn, weten de studenten straks wat er na het afronden van hun opleiding van hen verwacht wordt in de quantumindustrie. Daarnaast zijn we een onderzoekslijn gestart, die ook een bijdrage levert aan het TLC. Via deze onderzoekslijn willen we de nodige praktijkkennis ontwikkelen."

Wat gebeurt er heel concreet gezien bij het TLC? Waar werken onderzoekers en studenten samen aan, en waarom is dat interessant voor een bedrijf als QuiX Quantum? "Denk aan integrated circuits," zegt Caterina. "Die zijn noodzakelijk voor quantum computing. Er zijn allerlei uitdagingen rondom deze schakelingen. Maar om te beginnen zou je een chip kunnen gebruiken om studenten op te leiden. Om ze te laten begrijpen wat er in hemelsnaam aan de hand is op quantumniveau. Daar zou je een paar experimenten voor kunnen opzetten. Zoiets is voor ons ook interessant, want ook wij willen weten wat goede en slechte chips zijn. Bijvoorbeeld voor vervolgonderzoek, of om fabricagefouten te achterhalen."

De experimenten waar Caterina naar verwijst, worden al daadwerkelijk uitgevoerd in het quantumlab in Enschede. "We hebben een fotonische processor van hen," zegt Dmytro, wijzend naar Caterina op het scherm. "Heel erg bedankt! Met zo'n processor bedenken we dan weer een opdracht voor onze studenten. We laten ze bijvoorbeeld een chip integreren in een systeem. Op deze manier doen we via studenten veel kennis op over de huidige stand van de technologie. Over wat er op de markt is, of wat in ontwikkeling is. Toen de collega's van Caterina bij ons op bezoek kwamen, bespraken we welke vaardigheden nodig zijn voor toekomstige arbeidskrachten. Dat is precies wat onze studenten vervolgens leerden. En als je bijvoorbeeld kijkt naar zo'n systeemintegratie, dan gaat het niet alleen om theoretische kennis; ze hebben echt praktijkkennis opgedaan."

Groter idee

Als de quantum engineers van de toekomst aan de slag gaan, wat zullen we daar dan als samenleving van merken? En vooral: wat zal de impact zijn van de technologieën waarmee zij zich bezighouden? "Quantumcomputers zullen de rekencapaciteit die we nu hebben aanzienlijk vergroten,” zegt Caterina. "Hoewel ze niet letterlijk ons dagelijks leven gaan binnendringen, zijn het wél cruciale apparaten voor ons. Bijvoorbeeld gelet op de farmaceutische industrie. Met algoritmen voor quantumchemie kun je simuleren hoe verschillende moleculen zich aan elkaar binden en evolueren, wat nodig is voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Het R&D-proces van farmaceutische bedrijven neemt al gauw meer dan vijf jaar in beslag. Zo'n proces zou je dus enorm kunnen verkorten met quantumtechnologie."

Dmytro wijst ook op de toenemende vraag naar betere batterijen en – breder gezien – naar verbeterde of zelfs nieuwe functionele materialen. In dit verband zou quantumtechnologie kunnen helpen bij de ontwikkeling van een efficiëntere batterij. Dit kan door bijvoorbeeld het gebruik van verschillende materialen te simuleren. Hoewel de focus van het TLC momenteel ligt op het werken met hardware, houdt Dmytro mogelijke praktijktoepassingen wel altijd in het achterhoofd. Ook studenten vinden deze toepassingen interessant. "Het inspireert en motiveert hen," zegt Dmytro, "omdat ze weten dat wat je doet bijdraagt aan een groter idee. Het idee om een universele quantumcomputer te hebben, voor het oplossen van de grote problemen van onze tijd. Iets wat vandaag de dag nog fysiek onmogelijk is, zelfs met de beste supercomputers."

Fotografie: Thomas Busschers (m.u.v. portret Caterina)