De Verenigde Naties hebben 2025 uitgeroepen tot het Internationale Jaar van de Quantumwetenschap en -technologie. Daar lijkt het Nobelcomit\u00e9 naar geluisterd te hebben, want de Nobelprijs voor Natuurkunde gaat naar drie natuurkundigen die met een nauwkeurig experiment de exotische quantumwereld zichtbaar maakten in een elektronisch circuit, op bijna tastbare schaal. Hun werk heeft geleid tot de bouwstenen van de quantumcomputers waar techgiganten zoals IBM en Google nu aan werken.<\/p>\n
Ondanks dat een Nobelprijs voor quantumonderzoek in de lucht hing, was het voor de Britse natuurkundige John Clarke (1942) toch de verrassing van zijn leven, vertelde hij tijdens de bekendmaking aan de telefoon. De prijswinnende experimenten werden in 1984 en 1985 onder zijn leiding uitgevoerd bij de Universiteit van Californi\u00eb in Berkeley door de Franse natuurkundige Michel Devoret (1953) \u2013 destijds postdoconderzoeker \u2013 en de Amerikaanse natuurkundige John Martinis (1958) \u2013 destijds promovendus. Het drietal wilde een quantummechanisch verschijnsel genaamd quantumtunneling aantonen op macroscopische schaal, in een zichtbaar en tastbaar elektronisch circuit. Dit kregen ze voor elkaar met extreem nauwkeurig experimenteerwerk. <\/p>\n
Op de allerkleinste schaal, van moleculen, atomen en elektronen, regeren de wetten van de quantummechanica. Deeltjes gedragen zich in deze quantumwereld compleet anders dan we gewend zijn in de klassieke wereld op de groot schaal waar wij in leven. Quantumdeeltjes kunnen dingen die wij onmogelijk achten, zoals op twee plekken tegelijkertijd zijn. Quantumtunneling is een exotische eigenschap die gaat over het doorbreken van barri\u00e8res. In onze alledaagse wereld zal een bal altijd terug stuiteren als je hem tegen een muur gooit. Maar een quantumdeeltje zal af en toe recht door een muur heen schieten \u2013 of tunnelen \u2013 en er aan de andere kant uitkomen.<\/p>\n
Betonnen muren<\/p>\n
Dit tunnelen gaat niet alleen over het doorboren van fysieke, betonnen muren, maar ook over andere energiebarri\u00e8res en toestanden. Quantumdeeltjes kunnen volgens de wetten van de quantummechanica met een bepaalde kans iets doen waarvoor ze eigenlijk niet genoeg energie hebben.<\/p>\n
Fysici waren eraan gewend dat enkele quantumdeeltjes, zoals atomen en moleculen, dit soort gedrag vertonen. Maar het drietal wilde nu laten zien dat ook een groep deeltjes gezamenlijk dit soort quantumgedrag kan vertonen. Dat deden Clarke, Devoret en Martinis door een elektronisch circuit te bouwen met daarin een zogeheten supergeleider. Dat is een materiaal dat bij extreem lage temperaturen (ruim 250 graden onder nul) stroom weerstandsloos geleidt. Dat is mogelijk doordat de elektronen in dit materiaal tweetallen (zogeheten cooperparen) vormen. Deze cooperparen kunnen zich gezamenlijk gaan gedragen alsof ze een groot deeltje vormen \u2013 als een zwerm vogels die als een geheel door de lucht beweegt. Deze enorme groep elektronen kon zich in dit materiaal gedragen als \u00e9\u00e9n groot quantumdeeltje. Het circuit was zo opgebouwd dat dit grote deeltje in twee toestanden kon zijn: een supergeleidende toestand, waarbij de elektrische spanning nul is, en een gewonere toestand waarbij de spanning niet nul is. In principe zou het superkoude systeem niet zo maar kunnen overgaan van de supergeleidende toestand naar de toestand met een voltage \u2013 tenzij het grote quantumdeeltje van de ene naar de andere kant zou tunnelen. En dat is precies wat het drietal aantoonde.<\/p>\n
\nMartinis is een zeer gedreven experimentator<\/p>\n
Hans Mooij
\nTU Delft<\/p>\n<\/blockquote>\nDe onderzoekers lieten zien dat het elektrische circuit van een spanning nul, plots naar een systeem m\u00e9t een spanning kon tunnelen. \u201eHet is alsof je een schakelaar uitzet, de kamer uitgaat en als je terugkomt staat de schakelaar ineens aan\u201d, zegt Carlo Beenakker, hoogleraar theoretische natuurkunde aan de Universiteit Leiden, die het een \u201egeweldige Nobelprijs\u201d vindt. Maar dat was niet het hele verhaal. \u201eHet lastigste gedeelte was dat ze moesten aantonen dat dit niet kwam door de temperatuur, of een ander omgevingseffect.\u201d Dat hebben ze gedaan door heel uitgebreid, voorzichtig en nauwkeurig te kijken of het experiment zich precies gedroeg zoals theoretici voorspellen. De drie hebben dit volgens Beenakker nauwkeurig gedaan. \u201eEcht zoals je ouderwetse natuurkunde moet doen, zonder op de zaken vooruit te lopen.\u201d<\/p>\n
Clarke was bij deze experimenten de groepsleider die de juiste omgeving cre\u00eberde. Het werk in het lab werd gedaan door Devoret en Martinis, vertelt Hans Mooij, emeritus hoogleraar van de TU Delft. Mooij kent het drietal goed en vindt het een mooie prijs. \u201eDevoret is een echte experimentator en een diepe denker die niet met de molen meeloopt en experimenten goed kan analyseren. Martinis is een harde werker en een zeer gedreven experimentator die net zo lang doorgaat totdat zijn experiment optimaal werkt.\u201d<\/p>\n
Met name Martinis is vanuit dit onderzoek verder gaan werken om van een vergelijkbaar elektronisch circuit de bouwsteen te maken voor een quantumcomputer. Quantumcomputers beloven bepaalde berekeningen veel sneller te kunnen oplossen dan de huidige supercomputers. Dat is mogelijk doordat ze werken met qubits in plaats van bits. Bits \u2013 de bouwstenen van gewone computers \u2013 zijn \u00e9\u00e9n of nul, terwijl qubits tegelijkertijd een combinatie van \u00e9\u00e9n en nul kunnen zijn. Het blijkt mogelijk te zijn om supergeleidende circuitjes te maken waarin de elektronen \u2013 dankzij hun gezamenlijke quantumgedrag \u2013 tegelijkertijd linksom en rechtsom door het circuitje bewegen. Die circuitjes kunnen gebruikt worden als qubits. Hoewel er inmiddels ook andere technologie\u00ebn bestaan, zijn de zogeheten supergeleidende qubits, gebaseerd op het Nobelprijswinnende werk, degene die nu het verst gevorderd zijn. Die vormen ook de basis voor de kleine prototype-quantumcomputers van Google en IBM. Beenakker: \u201eHet Nobelprijsonderzoek kun je zien als de basis voor deze quantumcomputers.\u201d <\/p>\n
Geef cadeau<\/p>\n
Deel<\/p>\n
Mail de redactie<\/p>\n
\nNIEUW: Geef dit artikel cadeau
\n\t\t\tAls NRC-abonnee kun je elke maand 10 artikelen cadeau geven aan iemand zonder NRC-abonnement. De ontvanger kan het artikel direct lezen, zonder betaalmuur.\n\t\t<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"De Verenigde Naties hebben 2025 uitgeroepen tot het Internationale Jaar van de Quantumwetenschap en -technologie. Daar lijkt het…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":16149,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[19],"tags":[48,46,47,49,45,50,83,85,86,90,84,89,87,88],"class_list":{"0":"post-16148","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-wetenschap-en-technologie","8":"tag-dutch","9":"tag-nederland","10":"tag-nederlanden","11":"tag-nederlands","12":"tag-netherlands","13":"tag-nl","14":"tag-science","15":"tag-science-and-technology","16":"tag-scienceandtechnology","17":"tag-technologie","18":"tag-technology","19":"tag-wetenschap","20":"tag-wetenschap-en-technologie","21":"tag-wetenschaptechnologie"},"share_on_mastodon":{"url":"","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/16148","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=16148"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/16148\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/media\/16149"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=16148"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=16148"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/nl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=16148"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}