Microsoft opent Quantum Lab in Delft

Op de campus van de TU Delft is donderdag het Microsoft Quantum Lab Delft geopend. Microsoft gaat hier samen met de TU Delft en QuTech aan een quantumcomputer op basis van majorana-quasideeltjes werken.

De wetenschappers, onder leiding van Microsoft-medewerker Leo Kouwenhoven, hebben bij het lab en dankzij de samenwerking met de TU Delft de beschikking over diverse faciliteiten. Zo zijn er onder andere cryogene systemen die voor de temperaturen rond het absolute nulpunt zorgen. Dergelijk lage temperaturen zijn nodig voor het werken met quantumeffecten. Daarnaast zijn er mogelijkheden voor molecuulbundelepitaxie, voor de depositie van nano- en microstructuren van halfgeleidermateriaal.

Verder kan het team gebruikmaken van de cleanrooms van het Kavli Nanofabrication-onderzoeksinstituut van de Van Leeuwenhoek Laboratory en zijn diverse microscopen zoals die voor transmission electron microscopy, focused ion beam en scanning electron microscopy te gebruiken. Dit alles moet het onderzoek naar een quantumcomputer op basis van majorana's in een nieuwe fase brengen.

Majorana's zijn deeltjes die in 1937 door de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana voorspeld werden en waarvan het bestaan door Kouwenhoven in 2012 experimenteel aangetoond werd. Majorana's worden als kandidaat voor zogenoemde topologische qubits beschouwd omdat ze robuust, makkelijk te verstrengelen en vervolgens van buitenaf te manipuleren zouden zijn.

Het idee is dat een vlechtwerk van verstrengelde majorana-paren te vormen is dat veranderd kan worden, maar waarbij de connecties behouden blijven. Dit zou een computer op basis van de quasideeltjes een stuk stabieler en schaalbaarder maken dan quantumcomputers op basis van elektronenspins of supergeleiding. In tegenstelling tot die technieken moet er echter nog een begin gemaakt worden met experimenten met qubits op basis van majorana's om te zien of die zich gedragen zoals gehoopt. Als een schaalbare quantumcomputer met deze bouwstenen te maken is, kan die in potentie bepaalde complexe berekeningen uitvoeren die buiten het bereik van klassieke computers liggen.

De opening van het Microsoft Quantum Lab Delft werd bijgewoond door koning Willem-Alexander en staatssecretaris Mona Keijzer van Economische Zaken en Klimaat. Het werk van Kouwenhoven werd onlangs belicht in de documentaire De Race van de VPRO, die online te bekijken is.

Reacties (66)

[MSalters]

Majorana's zijn deeltjes die in 1937 door de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana voorspeld werden en waarvan het bestaan door Kouwenhoven in 2012 experimenteel aangetoond werd.

Dat is geen goede beschrijving. Majorana's zijn een groep van deeltjes, een subgroep van de fermionen. Een andere groep binnen de fermionen zijn quarks. De groepen van quarks en Majorana's overlappen dan weer niet; geen enkel deeltje is én een quark én een Majorana.

Wat Majorana dus deed was niet het bestaan van de groep voorspellen. Die groep is een definitie; "fermionen die hun eigen anti-deeltje zijn". Majorana voorspelde bijzonder gedrag van deeltjes in deze groep. Kouwenhoven's ontdekking was het eerste bekende deeltje in deze groep., en inderdaad kon Majorana's voorspelling worden bevestigd. En het is dit gedrag wat het aantrekkelijk maakt voor quantum computers.

Wat ook belangrijk is om te beseffen dat Kouwenhoven's Majorana-deeltje geen elementair deeltje is. Dat is op zich ook weer niet bijzonder. De groep van fermionen bevat naast elementaire quarks ook samengestelde deeltjes zoals He3 kernen (He4 is dan weer een boson). Kouenhoven's deeltje is echter een excitatie (aangeslagen toestand) van een elektrisch veld

[Mastermind]

Majorana's worden als kandidaat voor zogenoemde topologische qubits beschouwd omdat ze robuust, makkelijk te verstrengelen en vervolgens van buitenaf te manipuleren zouden zijn.

Dit maakt communicatie sneller dan licht ook mogelijk! Verstrengel majorana deeltjes, breng ze 100.000km apart, en de manipulatie van het ene deeltje werkt instantaan door in het andere deeltje!

[Zeewolf]

Dit is niet waar, communicatie kan niet sneller dan het licht. https://en.wikipedia.org/wiki/No-cloning_theorem

[EchoWhiskey]

Misschien moet je nog wat artikelen lezen over Quamtum Mechanica en googlen op de term 'Spooky action at a distance'. Iets met Einstein en Bohr...
Het hele principe van entanglement/verstrengeling is juist dat communicatie sneller dan de licht snelheid verloopt.

[Reactie gewijzigd door EchoWhiskey op 23 juli 2024 01:13]

[g0tanks]

Verstrengeling kan niet gebruikt worden om sneller dan het licht te communiceren. Zie: https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem

[Rinzwind]

Dat is wel hetgeen waarop gedoeld wordt met de term Quantum Internet. Buzz I know. Als je de ene kant beinvloed weet je dat de andere kant ook wijzigt en daar zal je wel iets mee kunnen... IDK

[Mastermind]

Je zou een random sleutel kunnen genereren door een meting op aarde.
Bij een meting van de verstrengelde deeltjes op Mars weet je dezelfde random sleutel dan ook direct, zonder dat er tijd tussen zit.

[jacovisscher]

Dat kan nu ook. 2 rng's dezelfde seed geven en voila. Het probleem zit hem er in dat je moet controleren of de sleutels daadwerkelijk hetzelfde zijn. Daardoor moet de informatie van A naar B. En dat kan niet sneller dan licht.

[BastiaanCM]

Nee. Het idee van een Quantum Internet is dat de verbinding onmogelijk af te luisteren is.

Dit komt omdat metingen de quantum staat beïnvloeden, en dit valt te detecteren.

[Mastermind]

Je kunt er wel random tokens mee genereren die simultaan op 2 plekken hetzelfde zijn.

[batjes]

Kan nog niet gebruikt worden.

[burne]

'Spooky action at a distance' is dat er dingen gebeuren die sneller gaan dan het licht. Je kunt er alleen niet mee communiceren.

[MrMonkE]

Ze reizen toch niet maar zijn 'gewoon' eerst hier en dan daar.
Dus de snelheid is eigenljk 0.

[batjes]

Dingen kunnen in het universum wel sneller dan het licht gaan. Maar informatie is daar geen van. Het is niet instant. Het probleem is dat je voordat je de quantum staat uitleest, je niet weet wat de data inhoudt. Je kunt het niet aanpassen.

Informatie gaat -vooralsnog- op geen enkele wijze bewezen sneller dan het licht. De lichtsnelheid is niet zo zeer de snelheid van het licht, maar de maximum snelheid van het universum dat informatie zich kan verspreiden.

[Nystran]

Dingen kunnen in het universum wel sneller dan het licht gaan. Maar informatie is daar geen van.

Okee, nu ben ik de weg kwijt. Rara, ik ben een "ding" maar ik bevat geen informatie. Het zijn van een ding, het uitgelezen worden, dat is toch al informatie?

[Anoniem: 444127]

Als we dan toch volledig gaan zijn dan ook nog maar even de aanvulling dat we hierbij het medium lucht of vacuüm veronderstellen en dat in sommige andere media licht niet altijd het snelste is.

[Mushroomician]

De informatie wordt meteen overgebracht tussen verstrengelde deeltjes, maar je hebt een apart kanaal nodig om je referentiekader vast te stellen om het bericht informatie aan de andere kant te interpreteren. Dit is bij iedere herhaalde overdracht weer anders.

Je kunt een gratis course volgen op edX. Opgezet door tuDelft.

[Mel33]

Dat zou nooit kunnen want je antwoord zou dan eerder dan de vraag kunnen zijn, simpel gezegd

editje aanvulling
Of kan dit wel "stof tot nadenken iig"

[Reactie gewijzigd door Mel33 op 23 juli 2024 01:13]

[Frituurman]

Ehmm. Nee, dat is niet echt een argument. Als je op deze manier zou kunnen communiceren, dan zou het zo zijn dat je een 'gesprek' kunt voeren op dezelfde wijze als je dat nu ook doet, zonder *merkbaar* tijdsverschil. In plaats van dat je op Mars tussen de 3 en 22 minuten (afhankelijk van de positie van Mars t.o.v. de Aarde) zou moeten wachten op een reactie van de Aarde, zou je die dan meteen kunnen krijgen.

@Dark_man Nou, wie weet. Maar ik noemde het voorbeeld Aarde-Mars als just that. Een voorbeeld

[Reactie gewijzigd door Frituurman op 23 juli 2024 01:13]

[Dark_man]

Daarom investeert Microsoft hierin dus?

Ze willen Skype gesprekken mogelijk maken tussen de Aarde en Mars.

[totaalgeenhard]

Waarom niet?

Als je shortcut door heelal neemt dan is je communicatie wel degelijk sneller dan het licht.

[MSalters]

Licht neemt toch al de snelste route. Dat is ook waarom licht afgebogen kan worden door zwaartekracht. Licht heeft dan wel geen massa, maar zwaartekracht vervormt de ruimte zodat de snelste route niet meer rechtdoor is.

Als je dus op één of andere manier een shortcut zou bouwen (en er zijn natuurkundige modellen die dat toelaten) dan zal licht diezelfde shortcut ook nemen. Dan ben je alsnog niet sneller dan het licht, je hebt alleen twee punten in het heelal dichter bij elkaar gebracht.

[totaalgeenhard]

Niet als het doelgerichte communicatie is door mensen, dan moet het door die "shortcut" heen "gerouteerd" worden.

Anders is het een soort "space anycast"

[MSalters]

Inderdaad, licht doet een soort "anycast". Dat is hoe golven werken. En het moelijke van de quantummechanica is dus dat de voortplanting door golfvergelijkingen beschreven worden, maar dat je bij botsingen opeens deeltjes ziet. En als er een shortcut is, dan zal die dus gevonden worden door een golf.

Daar is weinig speculatie over. Ik kan dat met golven in een waterbak al laten zien.

[Mel33]

Sneller 'aanwezig' dan het licht, die wel de normale route neemt< (technisch gaat het niet sneller, maar met de shortcut tweak is het sneller mogelijk te berichten)

Edit aanvulling, duiding.

[Reactie gewijzigd door Mel33 op 23 juli 2024 01:13]

[totaalgeenhard]

Inderdaad sneller "aanwezig" / doel bereiken.

[burne]

Je kunt verstrengelde deeltjes niet manipuleren, enkel uitlezen. Jij hebt een linksom spin, de andere kant heeft dus een rechtsom spin. Hoe kun je daarmee informatie uitwisselen?

[Rhidios]

Verstrengelde deeltjes kun je prima manipuleren. In de ideale wereld* blijft de verstrengeling behouden totdat je een meting doet.

Uitgebreide uitleg:
Verstrengeling maak je eigenlijk in twee stappen: 1) breng het deeltje in superpositie, 2) manipuleer een ander deeltje geconditioneerd op de toestand van het eerste deeltje (dus (bijv.) als deeltje A in toestand |0> is, doe niks. Als deeltje A in |1> is, manipuleer deeltje B ). En ik bedoel dus niet dat je A meet, maar dat je ze zó manipuleert dat deeltje B alleen wat doet als A in |1> is.

Beide deeltjes zijn nu in superpositie, en hun toestanden zijn gecorreleerd. M.a.w. je weet niet wat de uitkomst van je meting wordt, maar je weet wel (bijv.) dat deeltjes A en B dezelfde uitkomst zullen hebben. Tot je deze meting doet, is er niks dat je stopt om de deeltjes te manipuleren.

*In de echte wereld lekt informatie langzaam weg naar de omgeving en raak je de verstrengeling op gegeven moment kwijt.

[Reactie gewijzigd door Rhidios op 23 juli 2024 01:13]

[burne]

Beide deeltjes zijn nu in superpositie, en hun toestanden zijn gecorreleerd. M.a.w. je weet niet wat de uitkomst van je meting wordt, maar je weet wel (bijv.) dat deeltjes A en B dezelfde uitkomst zullen hebben. Tot je deze meting doet, is er niks dat je stopt om de deeltjes te manipuleren.

De opzet van de mensen die verstrengeling niet begrijpen is anders. Die willen iets doen met het ene deeltje wat iets zichtbaars veranderd aan het andere deeltje. Dat soort manipulatie is niet mogelijk.

[steveman]

Nou ja, staat toch echt in de tekst. (Waar ik dus ook niet zomaar m'n handen voor in het vuur steek)

[MSalters]

Het klassieke (niet-quantum) experiment wat je hiermee kunt vergelijken is dat je twee knikkers neemt, een rode en een blauwe, en blindelings één van die twee knikkers meeneemt op je 100.000 km reis. Als je op je bestemming aankomt kijk je naar de ene knikker. Zie je een rode, dan weet je instantaan dat je de blauwe thuis hebt laten liggen.

Quantummechanisch is het wel wat ingewikkelder, want je kunt op locatie nog besluiten welke quantumeigenschap je gaat meten. En dan kom je in merkwaardige situatie dat niet alle eigenschappen gelijktijdig gemeten kunnen worden (Heisenberg's principe). Dat blijft ook op afstand gelden.

[burne]

Het klassieke (niet-quantum) experiment wat je hiermee kunt vergelijken is dat je twee knikkers neemt, een rode en een blauwe, en blindelings één van die twee knikkers meeneemt op je 100.000 km reis. Als je op je bestemming aankomt kijk je naar de ene knikker. Zie je een rode, dan weet je instantaan dat je de blauwe thuis hebt laten liggen.

Maar iemand die thuisgebleven is weet niet wat een blauwe knikker betekent, of, als je dat van tevoren afspreekt, dan moet de informatie dat jij gekeken hebt en dat de blauwe actie uitgevoerd moet worden terug naar huis reizen. In beide gevallen weer gewoon met maximaal de snelheid van het licht.

[Mastermind]

Gewoon een tijdstip afspreken wanneer je beide kijkt

[burne]

Dat is geen communicatie.

[mOrPhie]

Er staat niet per se dat je slechts 1 spin manipuleert, er staat dat je een paar kunt manipuleren, zonder dat dat de entaglement opheft.

[Mastermind]

Ik heb niet voor niets een quote erbij gezet dat de spin te manipuleren zou vallen bij Majorana deeltjes. Als dit zo is, is dit een major break-trough op communicatielevel.

Misschien worden de natuurwetten niet gevioleerd, maar hebben we gewoon een nieuwe natuurwet erbij Op kwantumniveau werkt de wereld nou eenmaal anders

[Reactie gewijzigd door Mastermind op 23 juli 2024 01:13]

[mOrPhie]

Een paar manipuleren is niet hetzelfde als 1 deeltje manipuleren en dat dan het andere deeltje zou volgen. Quantum field theory + many worlds verklaart "spooky action" met coherence en decoherence.

[Reactie gewijzigd door mOrPhie op 23 juli 2024 01:13]

[Rob Coops]

De wereld werkt nog steeds het zelfde we snappen het alleen nog niet zo goed.
Er is bijvoorbeeld zo als ene Mr. Einstein eens zij spooky interaction at a distance mogelijk in de quantum wereld. Dat wil niet zeggen dat het niet kan het past alleen niet binnen het beeld dat Einstein had van hoe dingen werken. Het een sluit het ander niet uit het maakt het alleen moeilijk te verenigen.

Waar het nog het meest op lijkt is dat we een stukje missen in het verhaal en of dat nu strings een andere dimensie of wat dan ook is maakt weinig uit. We weten gewoon niet zeker hoe die dingen met elkaar in verband staan. Dat als de deeltjes verstrengelt zijn je de een een duw kan geven en de ander dan het zelfde beweegt (om maar even heel simpel over spin te praten) is mooi maar waarom dat zo is en hoe dat mogelijk is als er geen communicatie mogelijk is dat snappen we simpel weg niet.

[Mastermind]

Hoe kan een quantum computer werken als het resultaat van een spin toch altijd random is als je het uitleest?

[MSalters]

Het is alleen random als je eerder een niet-commuterende eigenschap hebt gemeten, of als de spin door een thermische verstoring is gewijzigd. Vandaar dat de meeste quantumcomputers gekoeld worden, dat voorkomt spin flips.

[Mastermind]

Helder!

[burne]

We hebben het niet over een kwantum computer maar over een verstrengeld paar met 100.000km ertussen. De qubits in je kwantum computer zitten vlak bij elkaar en kun je prima met microgolven manipuleren.

[probot]

bv. links om is 1 & rechts om is 0 & iets met superstate ?

[Reactie gewijzigd door probot op 23 juli 2024 01:13]

[TagForce]

Ja, maar het probleem is dus dat je niet weet welke spin welk deeltje heeft. Om daar achter te komen moet je het deeltje observeren, en die observatie verbreekt de entanglement. Manipuleren kan dan nog steeds (je kunt de spin wijzigen) maar daar heb je niks aan als je niet weet wat die spin is voor de manipulatie.

En dat is het hele probleem met Entanglement. Het klinkt allemaal heel tof en super toepasbaar, maar in de realiteit loop je gewoon tegen dingen aan die er voor zorgen dat je er niets aan hebt.

[OldNoob]

"Dit maakt communicatie sneller dan licht ook mogelijk! Verstrengel majorana deeltjes, breng ze 100.000km apart, en de manipulatie van het ene deeltje werkt instantaan door in het andere deeltje! "

Klinkt leuk maar geloof ik niks van.
Als een Kouenhovens "deeltje" zoals MSalters hierboven uitlegd een exitatie van een elecktrisch veld is (en dus energie) zou ik me niet kunnen voorstellen dat als het energieniveau op plaats A verandert daarmee het energie niveau van z'n zijn eeneiige-tweeling op plaats B mee verandert. Dat gebeurt alleen als de omstandigheden die van invloed zijn op de "deeltjes"op beide plekken dezelfde invloed uitoefenen op de deeltjes.

[Reactie gewijzigd door OldNoob op 23 juli 2024 01:13]

[Rhidios]

Ondanks het feit dat communicatie sneller dan het licht inderdaad niet mogelijk is, is de wereld toch vreemder dan je denkt.

Het feit dat er vele interpretaties van quantummechanische verschijnselen zijn, laat al zien dat we nog niet goed begrijpen wat er nou precies aan de hand is. Echter weten we aan de hand van (zeer precieze) metingen wel een aantal dingen. Laat ik even een voorbeeld nemen van een atoom waarin een elektron aangeslagen wordt, en weer terugvalt naar de grondtoestand en een foton uitzendt. Ik gebruik hierbij de Kopenhagen interpretatie van de quantummechanica (meest gebruikt).

De Kopenhagen interpretatie stelt dan dat het foton als een soort van "kansgolf" van superposities in alle¹ richtingen uitgezonden wordt. Het foton heeft dan geen bepaalde positie, totdat het gemeten wordt. Bijvoorbeeld het valt in jouw oog. Op dat moment veranderen alle andere kansen in die golf naar 0, instantaan. Ook al kwam het foton van het Andromeda sterrenstelsel en was de andere kant van de "kansgolf" dus twee keer zo ver weg. Dit soort 'spooky action at a distance' is gemeten in laboratoria, en verstrengelde deetljes kunnen echt instantaan, als de één ver weg gemeten wordt van de ander, veranderen.

Je kunt hier echter niet mee communiceren. Verstrengelde deeltjes "veranderen" namelijk alleen als ze in superpositie waren, wat betekent dat niemand a priori wist in welke toestand ze waren. Je kunt wel de supersterke correlaties van verstrengeling gebruiken om cryptografische sleutels te maken, waaraan je kunt zien of iemand meeluistert (en de verstrengeling verstoort). Communicatie gaat dan alsnog via een 'klassiek' kanaal, met max. de snelheid van het licht.


¹ Iig de richtingen die toegestaan zijn. Dit ligt wat ingewikkeld.

[pk128934]

Ik neem het de onderzoekers niet kwalijk. Die gaan gewoon voor de best mogelijke omgeving om hun doelen te verwezenlijken. Maar ik heb wel mijn twijfels over het denkvermogen van de 2 betrokken ministeries, het bestuur van de TU Delft en andere betrokken partijen zoals TNO.
Waarom laat je een partij als Microsoft toe in deze samenwerking? Een Universiteit maar ook instituten als TNO dienen een publiek wetenschappelijk doel. Uiteindelijk zal dit gaan knellen met de formele doelstellingen van deze organisaties.

[g0tanks]

Ik vermoed omdat dit soort onderzoek klauwen met geld kost. Het is zeer specialistische apparatuur waarbij je ook nog eens toptalent wil aantrekken. Samenwerking met een private partij maakt financiering een stuk makkelijker. Met alleen overheidsgeld ga je nooit een doorbraak realiseren.

[Anoniem: 1322]

Waarom mag de private sector deze onderzoekers niet bijstaan? Microsoft leert hiervan, onderzoekers leren hiervan, belastingbetaler betaald minder (haha, grapje natuurlijk). Iedereen wint.

[MSalters]

De simpele reden is dat Microsoft al jarenlang het internationale onderzoek coördineert. De vraag is dus niet "waarom Microsoft?" maar "waarom Nederland?". En vanuit de overheid is de logica simpel. Dit is het soort gokjes wat je als rijk land kunt wagen. De kans dat het wat wordt is beperkt, maar de pay-off is een miljardenindustrie terwijl de kosten maar een paar miljoen zijn.

[Zwarte_os]

Welkom bij het neoliberalisme. De overheid vindt het echt een keigaaf idee dat er met allemaal hele grote bedrijven gewerkt wordt op de TU, 'dan wordt onderzoek eens relevant voor de maatschappij'.
De TU is goedkoop (want geen winstoogmerk), de TU heeft heel veel talent, en de TU moet overal op zijn knietjes voor geld want de overheid vindt het allemaal maar luchtfietserij. Totdat er natuurlijk geld te verdienen is, dan zijn ze er als de kippen bij om op de 'kenniseconomie' trompet te blazen.

De trend is steeds meer multinational geworden, en steeds minder relevant voor het MKB.

[Reactie gewijzigd door Zwarte_os op 23 juli 2024 01:13]

[gitaarwerk]

De documentaire gezien. Het is heel typerend hoe deze wereld in elkaar zit. Ik vind het bewonderenswaardig en echt heel gaaf te zien. Ik kijk uit naar de eerste resultaten.

[Martinspire]

Goed nieuws lijkt me dat dergelijke ontwikkelingen in Nederland verder gaan. Het nut voor consumenten moet nog blijken (leuk voor gaming, maar verder lijkt me quantum wel overkill), maar voor de industrie gaat het erg belangrijk worden.

[m_snel]

Ligt het nu aan mij of dit gewoon een hype. Wat is het nut van quantum computers, ze zijn snel en de uitkomst is onzeker.

[mae-t.net]

Handig voor problemen waarvan het verifiëren van de uitkomst normaalgesproken veel sneller is dan het berekenen. Daar is een hele tak van computer science aan gewijd trouwens.

[TheVivaldi]

Wie is eigenlijk degene die het meest 'doet' in deze samenwerking? Want Tweakers heeft het over "Microsoft i.c.m. TU Delft" terwijl RTL Nieuws op TV het daarnet had over "TU Delft i.c.m. Microsoft".

[Mushroomician]

Jammer dat nieuws wat zo dicht bij huis is toch achteraf is. Had er wel bij willen zijn geweest.

[psychicist]

En ik was uitgenodigd, maar kon er helaas niet bij zijn. Misschien krijg ik in de toekomst wel de kans om ermee te werken

[Mushroomician]

Ben jij een PhD? Ik zag een vacature staan op de website maar helaas voldoe ik daar niet aan, ondanks dat ik me aardig thuis voel in de kwantum-wereld.

[psychicist]

Nee, ik ben gewoon een student verbonden aan de beide faculteiten. Ik zou graag quantum computing voor mijn master doen.

[Cergorach]

Ik zal vast de enige zijn die las "op basis van marijuana deeltjes"? Ik dacht meteen dat dit een recruiting campagne was van de TU Delft... ;-)

[Bart ®]

Daar is Spel- en tikfoutjes - en dus *geen* andere foutjes - deel 45 voor

[Master Zhao]

Kijk dat wist ik nog niet, Harstikke bedankt!

mijn excuses.

[Master Zhao]

Bedankt voor deze wijze les.