Wanneer je voet in het lab zet, voel je meteen dat hier iets bijzonders gebeurt. In de kamer staat een lang bureau met beeldschermen vol grafieken, maar het grootste deel van de ruimte wordt ingenomen door twee ingewikkeld ogende machines, met hekjes om bezoekers op een veilige afstand te houden. Hier en daar liggen papieren, maar zelfs de bureaus zijn gebruikt als kladpapier met gekrabbelde notities.
De auteur van de krabbels is Giordano Scappucci, groepsleider van het Quantum Materials Lab van QuTech (een samenwerkingtussen TU Delft en TNO). "Ik teken graag op tafels. Het is een manier om de ruimte van mij te maken, maar het helpt ook de ideeënstroom. Ik vind het erg gaaf hoe we in mijn kantoor een whiteboard hebben gemaakt dat een hele muur bedekt", lacht hij. In zijn laboratorium werkt hij samen met zijn team aan de kleinste bouwstenen van een quantumcomputer. Als hij kon, zou hij hier de hele dag zijn om met zijn studenten te werken, maar hij moet zich inhouden; als groepsleider heeft hij ook ander werk te doen.
Het fundament
Binnen QuTech werken verschillende onderzoeksgroepen samen om een quantumcomputer te ontwikkelen. Het Scappucci Lab werkt aan de basis van zo’n systeem. "Als je een quantumcomputer ziet als een toren, en je gaat van boven naar beneden, dan heb je de software bovenin, vervolgens de micro-architectuur, de besturingselektronica en helemaal onderin het qubit-vlak. Aan dit vlak werken we," legt Scappucci uit. "Moderne elektronische apparaten, zoals je telefoon, zijn gemaakt van miljarden transistors. Deze werken als kleine schakelaars om elektriciteit te laten stromen of juist tegen te houden. Qubits werken anders: ze zijn meer als een pijl in een bol en kunnen omhoog of omlaag wijzen, of ergens daartussenin. Voor het bouwen van een qubit-vlak willen we dezelfde materialen gebruiken die goed werken in transistors, in de hoop de technologie van vandaag te kunnen gebruiken voor de quantumcomputer van morgen".
Na decennia van onderzoek weten wetenschappers veel over de factoren die een transistor goed maken. Voor qubits is dit echter voor een groot deel onbekend terrein. "Omdat het testen van elke mogelijkheid ondoenlijk is, moeten we vaak uitgaan van onze intuïtie. Het vergt veel creativiteit, bijvoorbeeld bij het bedenken van nieuwe ontwerpen voor de materialen die betere qubits mogelijk maken."
Dobbelen
Met al deze onzekerheid kan elk nieuw experiment aanvoelen als een worp met een dobbelsteen. Scappucci hoopt dat het toekomstige gebruik van quantumtechnologie een zekerder lot wacht: "Alle nieuwe technologie kan voor goede of minder goede doeleinden worden gebruikt. Met het potentieel van het internet kwam bijvoorbeeld het dark web. Af en toe sta ik hier even bij stil en vraag ik me af waar ik mijn eigen verantwoordelijkheid kan nemen en waar ik de grens moet trekken. Ik hoop dat we als gemeenschap de maatschappelijke implicaties van de quantumtechnologie serieus nemen en ik ben blij te zien dat er nu programma's zijn die zich bezighouden met quantum en ethiek, ook op EU-niveau.
Groepswerk
Verder kijken dan zijn eigen werk is dagelijkse kost voor Scappucci. Een van de meest belonende aspecten van zijn onderzoek is zijn ideeën inbrengen in de bredere wetenschappelijke gemeenschap. "Je begint met een idee, dat je vervolgens kunt onderzoeken, maar als je het eenmaal voldoende ontwikkeld hebt om het te publiceren, kunnen anderen het gebruiken. En dat is echt het leukste gedeelte. Want iemand wil het misschien gebruiken voor een heel andere toepassing en bij je terugkomen met een nieuw idee, wat je een nieuwe richting geeft om te verkennen in je onderzoek. Dit dwingt me om nieuwe dingen te leren, waar ik veel voldoening uit haal."
Het is ook nodig om samen te werken, benadrukt Scappucci: "Met quantumtechnologieën heb je zoveel verschillende expertisen nodig. Ik denk niet dat een one-man show de beste manier is om dit aan te pakken. Want dat zou betekenen dat je het voor jezelf doet, toch?" In plaats daarvan haalt hij zijn voldoening uit zijn groep en het omringende ecosysteem. Net zo lonend is het begeleiden van studenten. "Eerst al wanneer je ze ziet dat ze trots zijn op hun eigen werk en ze de voldoening kunnen ervaren hun werk aan de buitenwereld te presenteren. Maar wat nog beter is, is wanneer ze zich aan je gaan meten. Wanneer ze je gelijke worden en hun eigen richting op gaan. Dan kun je iets terugkrijgen en van hen leren." Deze intellectuele voldoening, zowel bij zijn studenten als bij hemzelf, is wat hem het meest aanspreekt in zijn werk. "Natuurlijk, het is een baan, maar dat moment van nieuwsgierigheid als iets werkt en je een sprong in kennis maakt, een quantumsprong, dat is wat me nog steeds prikkelt en drijft."
