EIC Pathfinder-beurs voor de bouw van een prototype kwantumcomputer

De European Innovation Council (EIC) heeft een Pathfinder-beurs van 3 miljoen euro toegekend aan het Europese consortium Quondensate. Het onderzoek van het consortium moet resulteren in een prototype van een kwantumcomputer die de grenzen doorbreekt van de huidige computertechnieken. Politecnico di Milano coördineert het project en er zijn zes prestigieuze universiteiten en een toonaangevend bedrijf op het gebied van kwantumtechnologie betrokken. De Utrechtse wetenschapper Zeila Zanolli is een van de hoofdonderzoekers.

De computationele technieken van de huidige computers bereiken hun grenzen. Om over deze grenzen heen te stappen, zijn innovatieve technologieën nodig. Quondensate gaat deze uitdaging aan door een proof-of-concept van een nieuw idee te realiseren: Quantum Reservoir Computing (QRC), geïmplementeerd met een netwerk van defecten in tweedimensionale kwantummaterialen. Reservoir computing (RC) is een specifieke vorm van machine learning en QRC verwijst naar RC met behulp van systemen die gebruik maken van kwantumeigenschappen, zoals superpositie en verstrengeling. De proof-of-concept zal uiteindelijk de ontwikkeling van een prototype kwantumcomputer mogelijk maken.

De uiteenlopende expertises binnen het consortium maken het project haalbaar en toch grensverleggend

Eigenschappen van kwantummaterialen aanpassen

Quondensate wil tot een proof-of-concept van QRC komen met behulp van defecten in kwantummaterialen. Anders gezegd: de onderzoekers gaan kwantumneurale netwerken ontwerpen uit puntdefecten in 2D-materialen. Defecten in de structuur van het materiaal, zoals een ontbrekend atoom, kunnen kunstmatig worden aangebracht en beïnvloeden de eigenschappen van het materiaal. In dit onderdeel van het project is een belangrijke rol weggelegd voor Zanolli en haar groep Quantum Materials by Design. De groep gaat berekenen welke defecten gecreëerd moeten worden zodat het materiaal eigenschappen krijgt die optimaal zijn voor toepassing in computers. Ze werken hiervoor met een speciale klasse van gelaagde 2D-materialen: ultradunne overgangsmetalen genaamd dichalcogenides (TMD’s).

Zanolli is vooral geïnteresseerd in hoe de eigenschappen van het materiaal veranderen door de interactie tussen verschillende defecten in TMD's . Daarnaast is ze benieuwd naar de spectroscopische signaturen van excitonen die gebonden zijn aan afzonderlijke defecten en netwerken van defecten. Excitonen zijn de combinatie van een elektron (negatief geladen deeltje) en de positieve lading die het kan achterlaten. De twee ‘deeltjes’ worden door elektrostatische interactie tot elkaar aangetrokken, zodat excitonen kunnen worden beschouwd als quasideeltjes, beschreven door de wetten van de kwantummechanica. Het gecontroleerd genereren van een netwerk van defecten en de bijbehorende excitonen maakt het materiaal geschikt voor toepassing in computers.

De weg vrijmaken

Dit project brengt zowel theoretische als experimentele experts samen. Beiden zijn nodig om een proof-of-concept van QRC te realiseren. "De uiteenlopende expertises binnen het consortium maken het project haalbaar en toch grensverleggend", zegt Zanolli. "Het zal daarmee resulteren in de verlegging van de grenzen van de huidige computationele technieken en de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën."

Quondensate staat voor QUantum reservoir cOmputing gebaseerd op eNgineered DEfect NetworkS in trAnsition meTal dichalcogEnides.