De Quantum Scaling Alliance: De Sleutel tot de Volgende Generatie Supercomputers
Written by Olivia Nolan
november 14, 2025
Quantum computing belooft een revolutie teweeg te brengen in tal van industrieën, van geneesmiddelenontwikkeling tot financiële modellering. In tegenstelling tot klassieke computers, die werken met bits die ofwel een 0 of een 1 zijn, gebruiken quantumcomputers 'qubits'. Dankzij de principes van superpositie en verstrengeling kan een qubit tegelijkertijd 0, 1, of beide zijn. Dit stelt quantumcomputers in staat om een exponentieel grotere hoeveelheid informatie te verwerken en complexe problemen op te lossen die voor de krachtigste supercomputers van vandaag onbereikbaar zijn. De potentie is immens, maar de realisatie ervan stuit op een formidabele hindernis: schaalbaarheid. Het bouwen van een quantumcomputer met slechts een paar qubits is inmiddels een haalbare prestatie in laboratoria wereldwijd. De echte uitdaging ligt in het opschalen naar duizenden of zelfs miljoenen stabiele, onderling verbonden qubits die nodig zijn voor praktisch nuttige toepassingen. Om deze cruciale horde te nemen, is de **Quantum Scaling Alliance (QSA)** opgericht, een strategisch samenwerkingsverband dat de expertise van diverse leiders uit de industrie en de academische wereld bundelt om deze technologische barrière te doorbreken.
Het centrale probleem dat de schaalbaarheid van quantumcomputers belemmert, is decoherentie. Qubits zijn extreem gevoelig voor hun omgeving. De kleinste verstoring, zoals een minieme temperatuurschommeling of een verdwaald elektromagnetisch veld, kan de fragiele kwantumtoestand van een qubit verstoren, waardoor de berekening onherroepelijk faalt. Om dit tegen te gaan, worden quantumprocessors gekoeld tot temperaturen nabij het absolute nulpunt en afgeschermd van de buitenwereld. Echter, naarmate het aantal qubits toeneemt, wordt het beheersen van deze omgevingsfactoren exponentieel moeilijker. Elke qubit vereist controle- en uitleesmechanismen, wat leidt tot een complex web van bedrading en elektronica. Deze componenten genereren warmte en ruis, die op hun beurt de decoherentie verergeren. Dit creëert een vicieuze cirkel: het toevoegen van meer qubits verhoogt de complexiteit en de storingsbronnen, wat de stabiliteit van het hele systeem ondermijnt. Het oplossen van dit vraagstuk vereist een radicale herbezinning op de architectuur van quantumcomputers, van de fundamentele materialen tot de controlemethodologie.
Schaalbaarheid in de context van quantum computing betekent dan ook veel meer dan simpelweg qubits toevoegen. Het omvat het handhaven van een hoge 'fidelity' (betrouwbaarheid) van de quantumoperaties, het garanderen van sterke en stabiele verbindingen (verstrengeling) tussen de qubits, en het implementeren van geavanceerde quantumfoutcorrectie (Quantum Error Correction, QEC). QEC is essentieel omdat decoherentie onvermijdelijk is. Door de informatie van één 'logische' qubit te verspreiden over vele 'fysieke' qubits, kunnen fouten worden gedetecteerd en gecorrigeerd zonder de kwantumberekening te verstoren. De overhead hiervan is echter enorm; schattingen suggereren dat er duizenden fysieke qubits nodig kunnen zijn om één enkele, fouttolerante logische qubit te creëren. De weg naar een grootschalige, fouttolerante quantumcomputer is dus niet alleen geplaveid met meer qubits, maar met betere, stabielere en efficiënter te controleren qubits. De Quantum Scaling Alliance erkent dat deze multidimensionale uitdaging niet door één enkele organisatie kan worden opgelost. Het vereist een geïntegreerde aanpak die diepgaande kennis van quantumfysica combineert met materiaalwetenschap, cryogene engineering en geavanceerde halfgeleiderproductie.
Luister naar dit artikel:
De effectiviteit van de Quantum Scaling Alliance ligt in de synergie tussen haar leden, die elk een onmisbaar stuk van de complexe puzzel leveren. De spil in deze alliantie is SEEQC, een bedrijf dat zich specialiseert in de ontwikkeling van een volledig digitale benadering van quantum computing. In plaats van te vertrouwen op complexe, externe analoge besturingselektronica, ontwikkelt SEEQC geïntegreerde circuits gebaseerd op Single Flux Quantum (SFQ) logica. Deze supergeleidende circuits kunnen op dezelfde cryogene temperaturen functioneren als de qubits zelf, waardoor de besturingselektronica direct op de quantumprocessor-chip kan worden geplaatst. Deze innovatie is een gamechanger voor schaalbaarheid, omdat het de beruchte 'bedradingsbottleneck' oplost en de complexiteit drastisch reduceert. SEEQC fungeert als de systeemintegrator en technologie-architect binnen de alliantie, met als doel een schaalbaar en modulair quantumcomputerplatform te bouwen dat de basis kan vormen voor toekomstige commerciële systemen.
De deelname van industriële giganten zoals Merck en BASF is wat deze alliantie onderscheidt van puur academische of op startups gerichte initiatieven. Hoewel deze chemie- en materiaalwetenschapbedrijven uiteindelijk de eindgebruikers van quantumcomputers zullen zijn voor het simuleren van moleculen en het ontwerpen van nieuwe materialen, is hun rol hier veel fundamenteler. Zij brengen cruciale expertise in de ontwikkeling van de geavanceerde materialen die nodig zijn om de volgende generatie quantumhardware te fabriceren. Denk hierbij aan gespecialiseerde polymeren voor supergeleidende circuits, unieke fotoresists voor de lithografie van complexe chipontwerpen, en nieuwe diëlektrica die signaalverlies bij cryogene temperaturen minimaliseren. De prestaties van een qubit zijn direct afhankelijk van de zuiverheid en de eigenschappen van de materialen waaruit hij is opgebouwd. Door de materiaalontwikkelaars direct te betrekken bij het ontwerpproces van de quantumchips, kan de alliantie de innovatiecyclus aanzienlijk versnellen en de prestaties van de hardware naar een hoger niveau tillen.
De academische pijler van de alliantie, gevormd door vooraanstaande kennisinstituten als TNO en de TU Delft, zorgt voor de wetenschappelijke onderbouwing en de verbinding met fundamenteel onderzoek. Deze partners brengen decennia aan ervaring in quantumfysica, nanofabricage en systeemengineering. Hun rol omvat het ontwikkelen van nieuwe qubit-ontwerpen, het uitvoeren van onafhankelijke metingen en validaties van de hardware die binnen de alliantie wordt geproduceerd, en het opleiden van de volgende generatie quantumingenieurs en -wetenschappers. Deze wisselwerking tussen industrie en academische wereld is essentieel. De industrie brengt focus op schaalbaarheid en maakbaarheid, terwijl de academische wereld zorgt voor de creatieve doorbraken en de rigoureuze wetenschappelijke validatie. Samen vormen de leden van de Quantum Scaling Alliance een complete 'full-stack' waardeketen, van de meest elementaire materialen tot een volledig geïntegreerd en functionerend quantumsysteem. Deze verticale integratie is ontworpen om de barrières tussen de verschillende disciplines te slechten en een holistische oplossing te creëren voor de schaalbaarheidsuitdaging.
Om de ware innovatie van de Quantum Scaling Alliance te begrijpen, moeten we dieper ingaan op de technologische kern van hun aanpak: de overstap van analoge naar digitale besturing van qubits. In de conventionele architectuur voor supergeleidende quantumcomputers bevinden de kwetsbare qubits zich in een cryostaat, een complexe koelkast die ze afkoelt tot enkele millikelvin. De besturing en het uitlezen van deze qubits gebeurt echter met omvangrijke en dure elektronische apparatuur die op kamertemperatuur werkt. Voor elke qubit loopt er een bundel coaxkabels van de kamertemperatuurelektronica naar de chip in de cryostaat. Dit model leidt tot ernstige schaalbaarheidsproblemen. Ten eerste vormt de enorme hoeveelheid bekabeling een fysieke limiet; een koelkast kan slechts een beperkt aantal kabels herbergen. Ten tweede introduceert elke kabel warmte in het systeem, wat de koelcapaciteit onder druk zet. Ten derde veroorzaakt de lange signaalweg vertraging (latentie), wat snelle feedback en foutcorrectie bemoeilijkt.
De oplossing die SEEQC en de Quantum Scaling Alliance voorstaan, is radicaal anders en gebaseerd op Single Flux Quantum (SFQ) logica. SFQ-circuits zijn een type supergeleidende digitale elektronica die extreem snel en energiezuinig is en, cruciaal, kan functioneren bij dezelfde cryogene temperaturen als de qubits. Door SFQ-gebaseerde controllers en uitleescircuits te integreren op dezelfde chip of in de directe nabijheid van de quantumprocessor, wordt de noodzaak voor de meeste coaxkabels geëlimineerd. De besturing wordt lokaal, digitaal en snel. In plaats van complexe analoge pulsen van buitenaf te sturen, kan een simpele digitale trigger van de kamertemperatuurcomputer een complexe reeks quantumoperaties lokaal op de chip initiëren. Dit verandert de architectuur fundamenteel van een log, analoog laboratoriumexperiment naar een schone, digitale en integreerbare micro-architectuur die veel meer weg heeft van een klassieke microprocessor.
De voordelen van deze digitale, geïntegreerde aanpak zijn legio. De drastische vermindering van de bekabeling en de bijbehorende warmtelekkage betekent dat cryostaten veel meer qubits kunnen huisvesten. De lagere latentie maakt snellere operaties en, nog belangrijker, veel effectievere quantumfoutcorrectie mogelijk, aangezien fouten gedetecteerd en gecorrigeerd kunnen worden voordat de decoherentie toeslaat. Bovendien opent deze chip-gebaseerde architectuur de deur naar een modulaire aanpak. In de toekomst kunnen meerdere van deze digitale quantumprocessor-modules met elkaar worden verbonden via cryogene optische of supergeleidende verbindingen om zo een veel grotere, gedistribueerde quantumcomputer te vormen. Dit is de ware weg naar schaalbaarheid. De realisatie van deze visie is echter sterk afhankelijk van vooruitgang in materiaalwetenschap en fabricagetechnieken. Het produceren van een chip die zowel uiterst gevoelige qubits als complexe SFQ-circuits bevat, vereist nieuwe isolatiematerialen, fabricageprocessen en packaging-technieken. Hier komt de unieke expertise van partners als Merck, BASF en TNO om de hoek kijken, waardoor de alliantie de hele keten van materiaal tot systeem kan optimaliseren.
advertenties
advertenties
advertenties
advertenties
Het succes van de Quantum Scaling Alliance en vergelijkbare initiatieven zal deuren openen naar toepassingen die nu nog tot het rijk der sciencefiction behoren. De meest directe impact wordt verwacht in de chemie en de farmaceutische industrie. Het nauwkeurig simuleren van het gedrag van moleculen is een van de taken waar quantumcomputers inherent goed in zijn. Dit stelt wetenschappers in staat om de effectiviteit van nieuwe medicijnen te voorspellen zonder kostbare en tijdrovende laboratoriumexperimenten, het ontwerpproces voor nieuwe katalysatoren te versnellen (essentieel voor de energietransitie) en materialen met volledig nieuwe eigenschappen te creëren. De betrokkenheid van Merck en BASF is dan ook niet alleen gebaseerd op hun rol als toeleverancier, maar ook op hun strategische belang als toekomstige eindgebruikers van deze revolutionaire technologie. Zij staan vooraan om te profiteren van de doorbraken die ze zelf mede mogelijk maken.
Naast moleculaire simulatie zijn grootschalige optimalisatieproblemen een ander veelbelovend toepassingsgebied. Dit omvat een breed scala aan uitdagingen, van het optimaliseren van logistieke ketens en verkeersstromen tot het samenstellen van complexe financiële portfolio's met een minimaal risico. Veel van deze problemen zijn 'NP-hard', wat betekent dat de rekentijd voor klassieke computers exponentieel toeneemt met de omvang van het probleem, waardoor ze in de praktijk onoplosbaar worden. Quantumalgoritmes, zoals de Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), bieden een potentieel nieuwe route om efficiënte oplossingen voor deze vraagstukken te vinden. Daarnaast heeft de ontwikkeling van quantumcomputers ook een diepgaande impact op cybersecurity. Een voldoende krachtige quantumcomputer zou met het algoritme van Shor in staat zijn om de meeste vormen van hedendaagse encryptie te breken. Dit dwingt de wereld om tegelijkertijd te werken aan de ontwikkeling van quantum-resistente cryptografie om de digitale infrastructuur van de toekomst te beveiligen.
De race om een schaalbare quantumcomputer te bouwen is niet alleen een wetenschappelijke en technologische uitdaging, maar ook een geopolitieke en economische strijd. Het land of de regio die als eerste over deze technologie beschikt, zal een significant strategisch voordeel hebben. Initiatieven zoals de Quantum Scaling Alliance zijn daarom van cruciaal belang voor de economische en technologische soevereiniteit van Europa. Door een lokale, geïntegreerde toeleveringsketen op te bouwen en expertise te bundelen, wordt de afhankelijkheid van andere regio's verkleind en wordt een ecosysteem gecreëerd waarin innovatie kan gedijen. De alliantie is een toonbeeld van hoe publiek-private samenwerking de ontwikkeling van 'deep tech' kan versnellen. Uiteindelijk is het werk van de QSA meer dan een academische exercitie; het is het leggen van de industriële fundering die nodig is om de belofte van quantum computing om te zetten in tastbare, wereldveranderende toepassingen. De overgang van analoge, kwetsbare systemen naar robuuste, digitale en schaalbare quantumprocessors is de kritieke stap die deze toekomst mogelijk zal maken.
Olivia Nolan is redacteur bij MSP2Day, waar zij zich richt op het vertalen van complexe IT- en technologische ontwikkelingen naar toegankelijke en inspirerende artikelen. Met haar ervaring als content manager en social media expert weet zij inhoud niet alleen informatief, maar ook aantrekkelijk en relevant te maken voor een breed publiek.
