Pionieren op de rand van de fysica: quantumchips steeds sneller getest

De chipindustrie draait nu nog op klassieke halfgeleiders. Maar quantumchips, met hun superieure rekenkracht, zullen in de toekomst een steeds grotere rol spelen. TNO loopt voorop in deze ontwikkeling. Niet alleen via R&D, maar ook door de technologie via spin-offs zoals Orange Quantum Systems naar de markt te brengen. De uitdaging? Quantumchips betrouwbaar en schaalbaar testen.

Van frustratie naar innovatie

In 2017 werkte Alberts als programmamanager bij QuTech, een samenwerking tussen TU Delft en TNO. “Tijdens het bouwen van demonstrators voor quantumcommunicatie en -computing kwamen er voortdurend chips binnen die niet werkten. Dat werd frustrerend,” vertelt hij. “We vroegen ons af: waarom falen die chips? Moeten ze niet getest worden? Dat bleek een groot knelpunt in deze nieuwe industrie.” Het idee voor een bedrijf was geboren. “De qubits maken is niet zo moeilijk. Maar je wil weten: doen ze het of niet? Eén defecte qubit kan de hele processor onbruikbaar maken door verstoorde verstrengeling.”

Testen op het scherp van de snede

Het testen van qubits is complex. Ze moeten functioneren in een quantumprocessor, bij milli-Kelvin temperaturen van kouder dan in de ruimte. “We moeten alle externe invloeden afschermen, van radiogolven tot geluid,” legt Alberts uit. “Een gewone chip test je met een stroompje. Bij qubits is dat veel ingewikkelder.” Vijf jaar geleden duurde het zes maanden om drie qubits te testen. Orange Quantum Systems heeft dat proces inmiddels geautomatiseerd. “We testen nu een paar qubits per uur. Maar we willen naar seconden.”

Chiplets als versnellers

De volgende stap is chiplet testing: het testen van kleinere bouwstenen voor ze worden samengevoegd tot een grote chip. “Dat zou ons nog sneller maken. Maar we moeten wel zeker weten dat de testresultaten representatief zijn voor het gedrag in een geïntegreerde chip.”

Samenwerken aan de volgende generatie

Het eerste product, de OrangeQS MAX, staat inmiddels bij een klant: IQM Quantum Computers. “Dat betekent dat we nu aan de volgende generatie werken,” zegt Alberts. “Daarvoor zoeken we weer nauwe samenwerking met universiteiten en instituten zoals imec en TNO.” Volgens Alberts zal de rekenkracht van quantumchips zich ontwikkelen volgens een ‘Quantum Moore’s Law’: een verdubbeling elke twee jaar. “We moeten blijven innoveren en dat is teamwork. We zijn met dertig mensen met hart en ziel bezig.”

Technologie met maatschappelijke waarde

Voor Alberts is de maatschappelijke betekenis van quantumtechnologie een belangrijke persoonlijke drijfveer. “Die enorme rekenkracht kan bijdragen aan betere medicijnen, energieoplossingen en AI. Als je daaraan kunt bijdragen met de volgende generatie chips, is dat een sterke motivatie.”

Nederland als quantum-hub

Orange Quantum Systems profiteert van het quantum-ecosysteem in Delft. “We zijn systeembouwers en maken gebruik van componenten uit de lokale waardeketen. Delft is het quantum-hart van Nederland. En we hebben toegang tot een sterk netwerk van toeleveranciers in de chipindustrie.”