Stratosferische Kwantumdatacenters: De Volgende Cloud

Wat als “cloud computing” letterlijk wordt? Wetenschappers onderzoeken het inzetten van geavanceerde computers in de stratosfeer om een van de kernproblemen van kwantumcomputing aan te pakken.

Als dit wordt ingezet, kan deze unieke manier om op te lossen het probleem de koelkosten besparen en de manier waarop we de manier we kennen en denken aan ‘cloud computing.’

De stijgende kosten van het koelen van kwantumdatacenters

Kwantumcomputers zijn een type computer die gebruikt kwantummechanica om complexe berekeningen veel sneller uit te voeren dan klassieke computers.

In tegenstelling tot klassieke computers, die gegevens opslaan en verwerken in bits (d.w.z. nullen of enen), gebruiken kwantumcomputers qubits die gelijktijdig in meerdere toestanden kunnen bestaan, een fenomeen dat superpositie wordt genoemd, en kunnen ook met elkaar worden gekoppeld, een fenomeen dat verstrengeling wordt genoemd. Deze eigenschappen stellen kwantumcomputers in staat om veel mogelijkheden gelijktijdig te verkennen.

Met qubits als hun fundamentele gegevenseenheid kunnen kwantumcomputers geavanceerde parallelle berekeningen uitvoeren en genieten van een aanzienlijk grotere opslagcapaciteit. Qubits zijn echter zeer gevoelig voor omgevingsgeluid, zoals warmte, trillingen en elektromagnetische interferentie.

Ze zijn simpelweg zeer fragiel en worden daarom bij extreem lage temperaturen gehouden om fouten veroorzaakt door ruis te voorkomen en een correcte werking te garanderen.

De meeste kwantumsystemen werken eigenlijk bij temperaturen zo laag als enkele millikelvin tot 10 K.

Dus, hoewel kwantumdatacenters (QDC’s) het potentieel hebben om een taak twee keer zo snel uit te voeren als een traditioneel centrum, verbruiken ze tien keer meer energie vanwege het gebruik van energie-intensieve cryogene koelsystemen.

Als gevolg hiervan is er behoefte om de thermodynamische aspecten van QDC’s te onderzoeken om het energieverbruik voor koeling van deze datacenters te verminderen.

Enkele van de belangrijkste koelingstechnieken die in datacenters voor kwantumchips worden gebruikt, omvatten laserkoeling, verdunningsrefrigeratie en pulserende buiskooling, met geavanceerde technologieën zoals het gebruik van het magnetocalorische effect (een fenomeen waarbij magnetische materialen opwarmen wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd en afkoelen wanneer het veld wordt verwijderd) in supersoliden die ook aan populariteit winnen.

Een andere techniek omvat het onderdompelen van kwantumcircuits in het zeldzame cryogene fluïdum Helium-3, dat bij extreem lage temperaturen een supervloeistof wordt en unieke kwantumeigenschappen vertoont.

Desondanks vergt het bereiken en handhaven van cryogene omgevingen voor qubits aanzienlijke kosten en energie, wat een grote belemmering vormt voor de adoptie en opschaling van kwantumcomputing in deze snel opkomende technologie.

Dit vraagt om innovatieve engineeringbenaderingen die high-performance kwantumcomputing mogelijk kunnen maken.

Een studie van KAUST-onderzoekers heeft precies dat gedaan door het inzetten van kwantumprocessoren op stratosferische High Altitude Platforms (HAP’s). De processoren zullen worden gehuisvest op luchtschepen die door de stratosfeer vliegen op een hoogte van ongeveer 20 kilometer (12,4 mijl), waar de omgevingstemperatuur -50°C (ongeveer -58°F) is. 

Door gebruik te maken van deze van nature koude omstandigheden, streven de onderzoekers ernaar de koelbehoefte van QDC’s aanzienlijk te verminderen en duurzame, high-performance kwantumcomputing mogelijk te maken.

Luchtschepen omvormen tot door zonne-energie aangedreven cryogene datacenters

Het nieuwe voorstel van onderzoekers aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië, gepubliceerd in het tijdschrift npj Wireless Technology¹, beschrijft een nieuw kader voor het inzetten van kwantumcomputers in de stratosfeer met behulp van luchtschepen, of blimps.

Het toont ook aan dat hun unieke benadering van groene, flexibel inzetbare kwantumcomputing in de hogere atmosfeer superieure energie‑efficiëntie biedt. Bovendien presteert het systeem computationeel beter dan traditionele grondgebaseerde datacenters.

“Door boven de wolken en weersystemen te opereren, heeft het luchtschip toegang tot voorspelbare en onbelemmerde zonne‑irradiatie.”

– Hoofdauteur, Basem Shihada van KAUST

Om de koude omstandigheden van de stratosfeer te benutten, stelt het team Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms (QC-HAP’s) voor. Deze stratosferische luchtschepen zullen de kwantumapparaten huisvesten, ingesloten in cryostaten om de vereiste cryogene temperatuur te handhaven. 

Ja, cryostaten zijn nog steeds nodig om kwantumtoestanden te behouden, maar op zo’n hoogte verminderen de van nature lage omgevingstemperaturen de energie die nodig is voor cryogene koeling drastisch. 
Swipe to scroll →

Bovenop dit zullen de luchtschepen uitgerust worden met zonnepanelen om zonlicht om te zetten in elektrische energie en lithium‑zwavelbatterijen om een soepele werking gedurende de nacht en bij storend weer te garanderen.

Volgens het artikel zouden kosmische straling, hoog‑energetische deeltjes geproduceerd door de zon, een verwaarloosbare impact hebben op de betrouwbaarheid van stratosferische kwantumsystemen, wat de levensvatbaarheid van het platform bevestigt. 

De QC-HAP’s in de lucht zullen worden gekoppeld aan kwantumdatacenters op de grond.

Hiervoor zouden HAP’s informatie verzenden die gecodeerd is in lichtgolven via vrije‑ruimte optische (FSO) communicatie. Bij bewolkte omstandigheden dienen radiofrequentielinks als backup.

Om signaaldegradatie en decoherentie te voorkomen terwijl gegevens door de atmosfeer reizen, stelt het team voor om tussenliggende, ballon‑gedragen platforms op lagere hoogtes te gebruiken als relaisstations.

Het geweldige aan QC-HAP’s is dat ze verplaatst kunnen worden waar ze nodig zijn, of het nu gaat om vraaghotspots of afgelegen regio’s. Deze flexibele inzet breidt de dekking van kwantumcomputing uit, verlicht rekenkundige knelpunten en vermindert latentie.

Ook kunnen ze met elkaar worden gekoppeld om de totale rekenkracht te verhogen, waardoor “een dynamische vloot ontstaat die wereldwijd on‑demand, schaalbare kwantumcomputatiediensten kan leveren,” aldus mede‑auteur Wiem Abderrahim, momenteel onderzoeker aan de Universiteit van Carthago in Tunesië.

Deze schaalbare multi‑HAP‑constellatie‑architectuur kan individuele energiebeperkingen overwinnen en computationele voordelen vergroten.

Volgens de berekeningen van de onderzoekers zou hun door zonne‑energie aangedreven oplossing de koelbehoefte met 21% kunnen verminderen ten opzichte van gelijkwaardige kwantumcomputingcentra op de grond.

De onderzoekers pasten de benadering toe op twee toonaangevende vormen van kwantumcomputing voor hun volwassenheid, stabiliteit, schaalbaarheid en coherentie‑tijd. De vermindering van de koelbehoefte varieert per qubit‑architectuur omdat elk type werkt binnen een ander cryogeen temperatuurbereik.

De ene benadering gebruikt qubits gebaseerd op gevangen ionen gekoeld tot ongeveer 4K (ongeveer –269°C). Deze kreeg de meeste voordelen van het QC‑HAP‑concept. De andere gebruikt supergeleidende circuits die functioneren bij temperaturen tussen 10 en 20 mK.

Hun analyse toont ook aan dat deze door kwantum mogelijk gemaakte HAP’s 30% meer qubits ondersteunen dan grond‑gebaseerde QDC’s, terwijl ze lagere foutpercentages behouden, vooral bij gebruik van geavanceerde hardwarecapaciteiten.

Naast de qubits hangt de energiebesparing die door het stratosferische kwantumsysteem wordt bereikt ook af van de architectuur van het datacenter, merkte de studie op.

Hoewel krachtig, is dit futuristische concept nog ver verwijderd van praktische implementatie en vereist het aanzienlijke vooruitgang in kwantumcomputinghardware, zoals robuuste systemen om fouten te identificeren en te corrigeren, met name tijdens transmissie.

Er zijn ook de unieke kenmerken van de stratosferische omgeving, zoals seizoensvariaties in zonne‑irradiatie en weersomstandigheden die de opgewekte zonne‑energie beïnvloeden, en daardoor de energie‑efficiëntie van hun voorgestelde platform beïnvloeden, wat zorgvuldige overweging vereist.

De focus van de studie voor toekomstig onderzoek moet liggen op het analyseren hoe omgevingsfactoren kwantumsystemen beïnvloeden en op het ontwikkelen van robuuste ontwerpen voor de real‑world uitrol van QC‑HAP’s.

“Onze volgende stappen zijn om van de conceptuele en analytische fase over te gaan naar meer implementatiegerichte studies.”

– Mede‑auteur van de studie, Osama Amin

Vooruitkijkend verwachten de onderzoekers dat luchtige kwantumoplossingen niet zullen vervangen, maar naast conventionele grondgebaseerde datacenters zullen bestaan in een hybride cloudcomputingframework.

De wereldwijde race om kwantumcomputers werkelijkheid te maken

Terwijl onderzoekers luchtgebaseerde kwantumplatformen verkennen, blijven grote spelers in de industrie de hardware ontwikkelen die nodig is voor het kwantumtijdperk dat deze platformen uiteindelijk kunnen ondersteunen. 

IBM (IBM ), bijvoorbeeld, behoort tot degenen die diep betrokken zijn bij kwantumcomputers, en hopen Starling te leveren, een grootschalige fouttolerante kwantumcomputer, vóór het einde van het decennium.

Recentelijk kondigde het bedrijf de ontwikkeling aan van nieuwe kwantumverwerkingsunits (QPUs) die naar verwachting hen zullen helpen kwantumvoordeel te behalen evenals een volledig fouttolerante kwantumcomputer.

Met 120 qubits is de IBM Quantum Nighthawk haar eerste nieuwe processor die 30% meer complexe kwantumberekeningen kan uitvoeren dan IBM’s vorige QPU (R2 Heron). Elk van deze qubits kan verbinding maken met de vier dichtstbijzijnde buren dankzij afstelbare koppelaars. Dit kader zal wetenschappers in staat stellen problemen te onderzoeken die 5.000 twee‑qubit poorten vereisen, waarbij IBM hoopt dat toekomstige versies van Nighthawk tegen eind 2027 tot 10.000 poorten kunnen leveren.

IBM Loon is de andere kleinere processor, die 112 qubits heeft en alle hardware‑elementen bevat die nodig zijn voor volledige fouttolerantie om het hoge falenpercentage in qubits aan te pakken. Dit zal het team helpen te leren vóór Kookaburra, een ander proof‑of‑concept processor, die de eerste modulair‑ontworpen QPU zal zijn om gecodeerde informatie op te slaan en te verwerken. Deze wordt naar verwachting volgend jaar verwacht.

Daarnaast deelde IBM dat hun nieuwe formaat voor kwantumprocessorfabricage op een 300 mm (12 inch) wafer de bouwtijd van elke chip halveert terwijl de fysieke complexiteit van chips met een factor 10 toeneemt.

Terwijl de hardware versnelt, variëren de tijdlijnen voor mainstream kwantum sterk tussen de leiders in de industrie.

Kwantumcomputers, volgens de voormalige CEO van Intel (INTC ) Pat Gelsinger, zullen veel sneller mainstream worden, binnen ongeveer twee jaar, en zullen het einde van GPU’s markeren. Ondertussen heeft Nvidia (NVDA ), een dominante speler op de GPU‑markt, gezegd dat het twee decennia zal duren voordat kwantum mainstream wordt.

“We are heading into the most thrilling decade or two for technologists,” zei Gelsinger in een interview met de FT. Hij noemde kwantumcomputing ook de “heilige drie‑eenheid” van de rekenwereld, naast klassieke en AI‑computing.

Maar terwijl Gelsinger ook gelooft dat een “kwantumdoorbraak” de AI‑bubbel zal doen barsten, ziet Google’s Sundar Pichai het als de volgende AI‑boom zelf.

De CEO van ‘s werelds derde grootste bedrijf qua marktkapitalisatie van $3,86 biljoen zei in een recent interview dat kwantumcomputing snel een doorbraakmoment nadert, vergelijkbaar met wat AI enkele jaren geleden doormaakte.

“Ik zou zeggen dat kwantum er is, waar AI misschien vijf jaar geleden was. Dus ik denk dat we over vijf jaar een zeer opwindende fase in kwantum zullen doormaken.”

– Pichai

En Google positioneert zich agressief voor deze verschuiving. Volgens Pichai:

“We hebben de meest geavanceerde kwantumcomputinginspanningen ter wereld… het bouwen van kwantumsystemen, denk ik, zal ons helpen de natuur beter te simuleren en te begrijpen en veel voordelen voor de samenleving ontgrendelen.”

Ter versterking van deze traject, rapporteerden onderzoekers van Google Quantum AI² vorige maand de implementatie van een surface‑code met behulp van drie verschillende dynamische circuits. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de real‑world toepassing van de bekende Quantum Error Correction (QEC) techniek en kan ook helpen bij het ontwikkelen van betrouwbaardere kwantumcomputers.

QEC is de manier om deze computers betrouwbaar te laten werken. Het is ook essentieel bij het bouwen van fouttolerante kwantumcomputers, maar “het implementeren van QEC is een aanzienlijke uitdaging omdat de foutdetectie‑ en correctiecircuit complex zijn en extreem precieze bewerkingen vereisen,” zei co‑auteur Matt McEwen.

De betreffende surface‑code werkt door qubits te organiseren op een 2D‑rooster en vervolgens herhaaldelijk te controleren op fouten.

Eerder werkte McEwen aan een theoretisch voorstel dat aantoont dat er meerdere manieren zijn om het te implementeren, met name de haalbaarheid van drie verschillende dynamische surface‑code‑implementaties: hex, iSWAP en walking circuits.

Op basis daarvan ging het team verder met het bewijzen dat ze werken in experimenten onder real‑world omstandigheden.

Bij het testen ontdekten ze dat de iSWAP‑circuits de onderdrukking van fouten met 1,56 keer verbeterden en de walking‑circuit met 1,69 keer, terwijl de hex‑circuit dit met 2,15 keer deed.

“De belangrijkste conclusie van ons werk is dat we bevestigen dat deze dynamische circuit‑implementaties in de praktijk werken.”

– McEwen

Doorbraken in qubit‑stabiliteit versnellen ook. Princeton‑ingenieurs waren recentelijk in staat om qubit‑levensduur te verlengen in hun nieuwste onderzoek, dat gedeeltelijk werd gefinancierd door Google Quantum AI. verlengden³ qubit lifetimes in their latest research, which was partially funded by Google Quantum AI.

Een grote stap richting bruikbare kwantumcomputers, de ingenieurs creëerden een supergeleidende qubit die meer dan 1 milliseconde stabiel bleef, drie keer langer dan de sterkste bestaande versies.

“De echte uitdaging, het ding dat ons verhindert bruikbare kwantumcomputers vandaag te hebben, is dat je een qubit bouwt en de informatie gewoon niet lang genoeg blijft bestaan,” zei mede‑auteur Andrew Houck, de decaan van engineering aan Princeton. “Dit is de volgende grote sprong vooruit.”

Om hun verbetering in qubit‑coherentie te bevestigen, bouwden de onderzoekers een werkende kwantumchip met de nieuwe architectuur, die vergelijkbaar is met de systemen ontwikkeld door Google en IBM (IBM ). 

De transmon‑qubitoptie die wordt gebruikt, maakt gebruik van supergeleidende circuits die bij extreem koude temperaturen werken en solide bescherming bieden tegen omgevingsruis. Ze werken ook goed met de huidige productieprocessen. Het verhogen van de coherentie‑tijd van deze qubits is echter extreem moeilijk.

Dus herontwierp het Princeton‑team de qubit, gebruikmakend van het uitzonderlijk robuuste tantaal om energieverlies te voorkomen, en breed beschikbaar hoogwaardig silicium als substraat. Deze tantaal‑siliconchip is niet alleen makkelijker in massaproductie, maar presteert ook beter dan huidige ontwerpen.

Door deze twee te combineren, samen met verfijning van productietechnieken, bereikte het team een van de meest significante verbeteringen in de geschiedenis van de transmon. Een hypothetische 1.000‑qubit computer zou ongeveer een miljard keer beter kunnen presteren als het huidige beste ontwerp van de industrie wordt vervangen door het Princeton‑ontwerp, vanwege de exponentiële schaalvergroting met systeemgrootte, aldus Houck.

Théau Peronnin, de CEO van Alice & Bob, een bedrijf dat een fouttolerant kwantumcomputingsysteem ontwikkelt met Nvidia (NVDA ), zei onlangs dat hoewel kwantumtechnologie nog niet ver genoeg is om huidige cryptografische systemen te bedreigen, het krachtig genoeg zou kunnen worden om ze een paar jaar na 2030 te kraken.

Dit vormt een bedreiging niet alleen voor Bitcoin (BTC ) en andere cryptocurrencies, maar ook voor alle bankversleuteling. Hij vertelde Fortune in een interview:

“De belofte van kwantumcomputing is een exponentiële snelheidsverhoging, maar als je uitzoomt op een exponentiële curve, is die volledig vlak — en daarna een verticale muur. Dus we staan net aan het begin van de inflectie. Nu is het niet krachtiger dan je smartphone op dit moment. Maar geef het een paar jaar, en het zal krachtiger zijn dan de grootste supercomputer ooit.”

Bedrijven werken echter aan oplossingen, terwijl onderzoekers het bereik van kwantumnetwerken uitbreiden. Vorige maand vergrootten onderzoekers van de University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) de reikwijdte van kwantumverbindingen van enkele kilometers tot 2.000 km.

“Voor het eerst is de technologie om een wereldwijde kwantuminternet te bouwen binnen handbereik.”

– Assistent‑professor Tian Zhong

In hun studie verhoogden ze de coherentie‑tijd van individuele erbiumatomen van 0,1 milliseconde tot meer dan 10 milliseconden, en in één geval bereikten ze zelfs 24 milliseconden.

De innovatie hier was het bouwen van de kristallen die cruciaal zijn om kwantumverstrengeling op een andere manier te creëren. Hiervoor maakten ze gebruik van molecular‑beam epitaxy (MBE), wat vergelijkbaar is met 3D‑printen. “We beginnen met niets en assembleren dit apparaat atoom voor atoom,” voegde hij toe, “De kwaliteit of zuiverheid van dit materiaal is zo hoog dat de kwantum‑coherentie‑eigenschappen van deze atomen uitstekend worden.”

Investeren in kwantumtechnologie

IonQ, Inc. (IONQ ) is een pure‑play kwantumbedrijf dat kwantumcomputers bouwt en commercialiseert met een focus op gevangen‑ion qubits. Het bedrijf biedt kwantumhardware via grote cloudplatformen aan. Het maakt kwantumcomputing toegankelijker en positioneert het goed voor commerciële adoptie nu kwantum naar real‑world gebruik beweegt. 

De aandelenprestaties van IonQ weerspiegelen dit, met een huidige koers van $48,10, een daling van 21% in de afgelopen maand maar een stijging van meer dan 18% jaar‑tot‑datum en 67,56% in de afgelopen drie jaar. Het heeft een EPS (TTM) van -5,35 en een P/E (TTM) van -9,21.

Wat betreft de financiële sterkte van het bedrijf rapporteerde het een omzet van $39,9 miljoen voor Q3 2025, een stijging van 222% jaar‑over‑jaar. Het nettoverlies bedroeg $1,1 miljard, terwijl GAAP‑EPS ($3,58) en aangepaste EPS ($0,17) waren.

IonQ had $1,5 miljard in contanten, kasequivalenten en investeringen aan het einde van het kwartaal. 

“We leverden onze technische mijlpaal van 2025 #AQ 64 drie maanden eerder, waardoor we 36 quadriljoen keer meer rekenruimte ontgrendelden dan toonaangevende commerciële supergeleidende systemen. We behaalden een werkelijk historisch mijlpaal door een wereldrecord van 99,99% twee‑qubit poortprestaties te demonstreren, wat onze weg naar 2 miljoen qubits en 80.000 logische qubits in 2030 onderstreept.”

– CEO Niccolo de Masi

Tijdens dit kwartaal voltooide IonQ ook de overname van Oxford Ionics en Vector Atomic en kreeg een nieuw contract met Oak Ridge National Laboratory om versnelde kwantum‑klassieke workflows en geavanceerde energie‑toepassingen te ontwikkelen.

Klik hier voor een lijst van de top vijf kwantumcomputingbedrijven.

Laatste IonQ, Inc. (IONQ) Aandelennieuws

Conclusie: Wanneer ‘the Cloud’ Kwantum Wordt

Kwantumcomputing ondergaat een snelle evolutie van een louter laboratoriumcuriositeit naar een wereldwijde technologierace, waarbij industriële giganten zoals IBM, Google en Nvidia de hardware‑mogelijkheden naar ongekende niveaus duwen. Ondertussen lossen doorbraken in qubit‑coherentie, kwantum‑foutcorrectie en lange‑afstand‑verstrengeling gestaag de lang bestaande uitdagingen op.

Midden in dit alles werkt het voorstel van KAUST aan het maken van “cloud computing” een tastbare realiteit, aangedreven door natuurlijke cryogene temperaturen en voortdurend zonlicht. 

Deze vooruitgangen tonen aan dat we een historisch keerpunt naderen. Binnen het volgende decennium is het een zeer reële mogelijkheid dat kwantumcomputing eindelijk van theorie naar praktisch gebruik overgaat, waardoor encryptie, wetenschap en uiteindelijk misschien zelfs de betekenis van “the cloud” zelf wordt hervormd.

Klik hier voor een lijst van de top cloudcomputing‑aandelen.

Referenties

1. Abderrahim W., Amin O., & Shihada B. Groene kwantumcomputing in de lucht. npj Wireless Technology 1, Article 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, K. C. Miao, G. Roberts, K. J. Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, W. P. Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstratie van dynamische surface‑codes. Nature Physics, 2025, Article published 17 oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, R. J., & Zhong, T. (2025). Dual epitaxiale telecom spin‑photon interfaces met langdurige coherentie. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6