Nederlandse startups zetten toon in ontwikkeling kwantumcomputer

Het bouwen van kwantumcomputers is straks waarschijnlijk alleen weggelegd voor een handvol grote techbedrijven in de VS en China. Die willen het liefst alles in eigen hand houden om de concurrentie zo veel mogelijk buiten te sluiten. Maar de innovatie en toelevering van componenten komt voor een groot deel van startups die juist wel belang hebben bij standaardisering. Europese bedrijven kunnen daar een belangrijk stempel op drukken. Daarom is het zaak daar nu in Nederland het voortouw in te nemen en daarvoor is nationale afstemming nodig.

Dat is de motivatie van drie Nederlandse startups om samen met TNO (QuTech) en NEN (Stichting Koninklijk Nederlands Normalisatie Instituut) de eerste voorstellen in te dienen bij de Europese standaardisatieorganisatie CEN-CENELEC. "Er zijn nu nog veel verschillende technologieën in ontwikkeling die allemaal de basis kunnen vormen van toekomstige kwantumcomputers. Wat wij willen bereiken is dat nu al nagedacht wordt over de interfaces tussen de verschillende hardwaremodules en de softwarelagen die daar bovenop komen te liggen. Dan maakt het straks voor een softwareontwikkelaar niet uit welke technologie in de lagen daaronder wordt toegepast", legt Rob van den Brink uit. Hij werkt bij Delft Circuits. Die startup maakt geavanceerde cryogene bekabeling en bijbehorende microgolfcomponenten, om stuursignalen van kamertemperatuurelektronica te brengen naar de kern van de kwantumcomputer die dicht bij het absolute nulpunt werkt. "De discussie in Europa over die standaarden moet nog worden gevoerd. Maar door nu voorstellen in te dienen, kunnen wij de agenda bepalen en de ideeënvorming in een bepaalde richting sturen. Als iemand betere ideeën heeft horen we dat graag, maar onze ideeën zijn nu het uitgangspunt van de discussie."

Een bijkomend voordeel is dat de voorzitter van de kwantum-werkgroep van CEN-CENELEC ook uit Nederland komt: Oskar van Deventer, die als TNO'er ook werkt met het Delftse QuTech. "Twee van de drie de startups - Delft Circuits, Qblox, Orange Quantum Systems  - zitten op dezelfde gang in het gebouw van QuTech." Maar het is zeker geen Delftse kongsi: bij de kwantumwerkgroep van CEN-CENELEC hebben zich inmiddels vertegenwoordigers uit 20 landen aangesloten.

Breder dan kwantumcomputer

NEN en CEN-CENELEC willen het aandachtsveld breder maken dan alleen de kwantumcomputer en bij het standaardeninitiatief ook specialisten in kwantumcommunicatie, kwantumsimulatie en kwantummetrologie (kwantumsensoren) betrekken. "Er zijn in Europa en mondiaal verschillende standaardisatie-organisaties actief. Zo is het Europese ETSI gericht op communicatiestandaarden en de ITU doet dat wereldwijd. Zij zullen zich meer richten op de kwantumcommunicatie. Het maakt uiteindelijk niet uit wie de standaarden formeel gaat opstellen, als er maar een dialoog ontstaat", zegt Inge Piek, die het proces vanuit NEN begeleidt. Zij ziet voor NEN en CEN-CENELEC een belangrijke rol op het gebied van standaarden voor de andere toepassingen en in de coördinatie van die initiatieven.

Van den Brink en Van Deventer zijn beiden niet van huis uit specialisten op het gebied van kwantumtechnologie. Van Deventer was bijvoorbeeld vanuit TNO betrokken bij de ontwikkeling van standaarden voor Voice-over-IP en Van den Brink komt uit de microgolftechnologie en paste dat in zijn vorige werkkring toe op de ontwikkeling van DSL (breedband via telefonie bekabeling). Beiden hebben wel veel kennis en ervaring met het standaardisatieproces. "Wetenschappers hebben de neiging vanuit academisch perspectief te laten zien dat hun ideeën werken. Het is onze taak ze te overtuigen niet alleen hippe algoritmen te maken, maar ook te kijken hoe die passen in wat er om hen heen gebeurt. "

Van den Brink maakt de vergelijking met de ontwikkeling van de huidige software-architectuur in de jaren 60. Aanvankelijk werden alle circuits aangestuurd in machinetaal. Daarna werd assembler ontwikkeld en al snel werd daar Fortran en uiteindelijke alle hogere programmeertalen op gebouwd. "Die architectuur staat nog in de kinderschoenen voor kwantumcomputing."

Kwantumcomputers zullen - zeker de eerste tijd - vooral worden aangeboden als quantum-as-a-service door clouddienstverleners. Die zullen behoefte hebben aan software die het hen mogelijk maakt taken van verschillende klanten op een beveiligde manier in de juiste volgorde te verwerken en daarna een rekening te sturen. Van den Brink constateert dat die software nog aan het prille begin van  ontwikkeling staat. "Verder moet er een integratie komen met bedrijfssoftware. De kwantumcomputer kan sommige taken heel goed, maar andere niet. Op een moment dat er 'iets kwantum' moet gebeuren, signaleert idealiter de bedrijfssoftware dat automatisch en stuurt de betreffende clouddienst aan. Het resultaat daarvan gaat dan automatisch weer verder in de 'normale' verwerking. Over dat soort mechanismen, moet worden nagedacht, dus functionaliteit, interfaces, protocollen, interworking, beveiliging/geheimhouding, kwantumalgoritmen, maar ook hoe je die moet debuggen"

Deze kans moeten we niet laten glippen

De eerste drie standaardisatievoorstellen die nu in Europees verband besproken gaan worden, hebben betrekking op een modulaire opzet van de kwantumcomputer. Door die te definiëren, wordt het makkelijker interfaces te ontwerpen die het mogelijk maken te wisselen tussen varianten van de modules. "Juist in het ontwerpen en bouwen van componenten en modules in de softwarestack kan de EU een grote rol gaan spelen. De grote spelers zoals Google, IBM, Microsoft, Amazon, Intel richten zich in eerste instantie op de kern van de hardware. Dus deze kans moeten we niet laten glippen", waarschuwt Van den Brink.

De werkgroep van Van Deventer had op 1 juni vorig jaar een formele kick-off, maar is eigenlijk al een jaar bezig. De EU ziet - net als de Nederlandse overheid - het belang en regelt financiering in de opvolger van het 'Horizon 2020'-programma. Er wordt dan ook flink gas gegeven op het project. "Dit bruist echt", zegt Van den Brink. "Het ontwikkelen van een roadmap is de eerste prioriteit. Naar verwachting is er rond de zomer een eerste versie. Die gaat dan nog een consultatieronde in en kan in de herfst of het begin van de winter publiek beschikbaar komen. Dan gaan we gelijk door met een tweede versie want er zitten ongetwijfeld nog hiaten in."