Quantumtechnologie is nog altijd omgeven door een mysterieuze sfeer en fraaie beloftes voor de toekomst. Toch zijn er heel concrete toepassingen die nu al in de praktijk kunnen worden gebracht. In Nederland creëren overheid, kennisorganisaties en het bedrijfsleven samen een complete keten van technologisch ontwerp tot praktijktoepassing.
Quantumtechnologie is voor de meeste mensen nog een synoniem voor quantumcomputing. Dan komen al snel beelden op van een indrukwekkend apparaat met heel veel glimmende buisjes waarmee wetenschappers verwachten in de toekomst spectaculaire dingen te kunnen doen. Denk aan het ontwerpen van nieuwe materialen, het doorrekenen van uiterst complexe klimaatmodellen en antwoorden geven op optimalisatievraagstukken. De hardware bevindt zich echter nog in het stadium waarin onze huidige computertechnologie in de jaren vijftig van de vorige eeuw was. Praktijkgerichte toepassingen van quantumcomputers laten dus nog wel even op zich wachten.
Meer dan alleen quantumcomputers
Quantumtechnologie omvat echter veel meer dan alleen quantumcomputing. Een goed voorbeeld is quantumsensing dat enorme voordelen biedt ten opzichte van de huidige typen sensoren. Quantumsensoren hebben een extreme gevoeligheid en nauwkeurigheid, zijn heel gering in omvang, verbruiken weinig energie en kunnen heel goedkoop geproduceerd worden. De toepassingsgebieden zijn legio, van waterkwaliteitsmetingen tot het in kaart brengen van magnetische velden en van in-vitro detectie van vrije radicalen tot GPS-loze positiebepaling. “Als je er goed over nadenkt zijn er zoveel sensoren te bedenken en zoveel mogelijkheden om ze te verbeteren met quantumtechnologie”, vertelt Clara Osorio Tamayo. Zij werkt als natuurkundige bij TNO en leidt het programma Quantum Sensing Applications van Quantum Delta, de organisatie gericht op het versnellen van het Nederlandse quantumecosysteem.
Quantumtechnologie omvat veel meer dan alleen de quantumcomputer — denk aan sensoren, encryptie en optimalisatie.”
Osorio Tamayo vindt het belangrijk om de definitie scherp neer te zetten. “Een sensor zet een stimulus, zoals temperatuur, druk of een magnetisch veld om in een elektrisch signaal. Veel technologie maakt gebruik van sensoren. Actuatoren doen het omgekeerde van een sensor. Een quantumsensor is een sensor waarbij die omzetting wordt gedaan door een quantumsysteem, bijvoorbeeld een enkel atoom, dat quantumeigenschappen vertoont.” Denk daarbij aan de mogelijkheid om in een superpositie te blijven (coherentie) of verstrengeld te raken met andere deeltjes (entanglement). Veel van de voordelen van quantumsensoren zijn het gevolg van het feit dat de metingen aan die eigenschappen direct op het niveau van atomen gebeuren. “De interactie met de omgeving verandert de toestand van het systeem en die verandering is het meetsignaal.” Het uitlezen vindt in veel gevallen plaats met een laser en een lichtsensor op een chip, die heel klein kunnen zijn en dus weinig vermogen nodig hebben. Overigens geldt dat laatste niet voor alle quantumsensoren.
