Triplet-supergeleiding en kwantumqubits

De meeste huidige prototypes van kwantumcomputers gebruiken supergeleidende materialen om kwantumcomputatie uit te voeren, omdat deze materialen de kwantumeigenschappen stabieler kunnen houden, met als belangrijkste alternatief de zogenaamde “trapped-ion kwantumcomputer”.

Tot nu toe hebben alleen trapped-ion-modellen zich als voldoende betrouwbaar bewezen, maar ze zijn zeer beperkt in het aantal bruikbare qubits dat ze kunnen bevatten (het kwantumcomputer-equivalent van een gewone computer‑bit).

Natuurlijk zou de ideale optie zijn om supergeleidende materialen te verbeteren zodat ze geschikt worden voor kwantumberekeningen. En er is enige inspanning in die richting geleverd, met name met lattice surgery en met langer houdbare qubits. Maar dit blijkt nog steeds niet genoeg om commerciële, schaalbare supergeleidende kwantumcomputers te creëren.

Een ander geavanceerd vakgebied van de computerwetenschap is spintronica, dat de kwantumkenmerken van deeltjes, spin, gebruikt in plaats van elektrische ladingen zoals bij klassieke elektronische computing. Tot nu toe zijn kwantumcomputing en spintronica enigszins gerelateerd, maar niet direct verbonden, omdat supergeleidende materialen geen spin hebben. Tenminste tot nu.

(U kunt meer leren over spintronica in ons artikel gewijd aan deze technologie)

Een team van onderzoekers van de Norwegian University of Science and Technology en de Università degli Studi di Salerno (Italië) heeft mogelijk een triplet‑supergeleider ontdekt, een type supergeleider met unieke spin‑eigenschappen.

This new type of superconducting material could be a game-changer for the building of superconducting quantum computers. They published their findings in Physical Review Letters, under the title “Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects”.

“Een triplet‑supergeleider staat hoog op de wenslijst van veel fysici die werken op het gebied van vaste‑stof‑fysica. Materialen die triplet‑supergeleiders zijn, vormen een soort ‘heilige graal’ in kwantumtechnologie, en meer specifiek in kwantumcomputing.”

Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology

Tegelijkertijd heeft een ander team van onderzoekers van het Niels Bohr Institute aan de Universiteit van Kopenhagen, de Norwegian University of Science and Technology, het Leiden Institute of Advanced Computer Science (Nederland), Chalmers University of Technology (Zweden), de Universiteit van Regensburg (Duitsland) en het bedrijf Quantum Machines ontdekt hoe defecten, een cruciaal probleem dat supergeleidende materialen teistert, met een nieuwe vorm van efficiënte fluctuatie‑detectie kunnen worden opgespoord.

They published their findings in Physical Review X2, under the title “Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits”.

Triplet-supergeleiders

Swipe to scroll →

Waarom het belangrijk is?

In theorie zou spin een perfect medium kunnen zijn voor de overdracht van kwantuminformatie tussen qubits en tussen verschillende kwantumcomputers.

Het probleem is dat de technologie in haar huidige vorm gewoon te onstabiel is en de informatie‑overdracht te complex om praktisch bruikbaar te zijn.

Dit zou echter niet waar hoeven te zijn als we toegang kregen tot triplet‑supergeleiders. Dit komt omdat ze spin kunnen overdragen zonder energieverlies, zodat de supergeleidende deeltjes nu spin met zich meedragen.

“Triplet‑supergeleiders maken een aantal ongebruikelijke fysische fenomenen mogelijk. Deze fenomenen hebben belangrijke toepassingen in kwantumtechnologie en spintronica.”

Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology

Dus terwijl een meer gewone singlet‑supergeleider stroom kan dragen zonder weerstand, zou een triplet‑supergeleider ook spin‑stromen kunnen dragen met absoluut nul weerstand. Als gevolg zou een kwantum‑ of spintronicacomputer ultrasnel kunnen zijn en tegelijkertijd bijna geen elektriciteit verbruiken!

Niobium‑Rheniumlegeringen

In hun onderzoek ontdekten de onderzoekers dat NbRe, een niobium‑rheniumlegering, gedrag vertoont dat kenmerkend is voor een triplet‑supergeleider.

Meer precies vonden ze het “inverse spin‑valve‑effect”, een speciaal geval van giant magnetoresistance, een magnetische eigenschap van meerlagige materialen, waarvan de ontdekking de Nobelprijs van 2007 opleverde.

Dit is op zichzelf geen bewijs dat NbRe een triplet‑supergeleider is, maar het bewijst wel duidelijk dat het zich niet gedraagt zoals een conventionele singlet‑supergeleider zou moeten.

Langetermijnpotentieel

Deze ontdekking heeft extra potentieel omdat NbRe gemakkelijk verkrijgbaar is in dunne‑filmvorm, en de eenvoud van de heterostructuur maakt het bijzonder levensvatbaar als een potentieel schaalbaar platform voor supergeleidende spintronica.

Bovendien werkt het materiaal als supergeleider bij relatief hoge temperatuur (tenminste volgens de normen voor supergeleidende materialen), of slechts 7 graden Celsius boven het absolute nulpunt bij -273,15 °C (−459,67 °F), terwijl de meeste andere kandidaat‑materialen al één graad boven het absolute nulpunt nodig hebben.

Echter, zowel niobium als rhenium zijn dure en zeldzame metalen, dus ze zullen niet direct kwantumcomputers goedkoper maken.

De volgende stap zal zijn dat andere onderzoekers deze bevindingen bevestigen en verdere tests uitvoeren die wijzen op triplet‑supergeleiding.

Triplet‑supergeleiders kunnen ook worden gebruikt om een zeer exotisch type deeltje te creëren, een “Majorana‑deeltje”, dat zijn eigen antideeltje is. Daarom kan het berekeningen in een kwantumcomputer op een stabiele manier uitvoeren.

Aangezien andere onderzoekers ook steeds dichter bij het benutten van Majorana‑deeltjes komen en Microsoft (MSFT ) al een chip met Majorana Zero Modes (MZMs) heeft, lijkt dit een steeds veelbelovender richting voor de toekomstige vooruitgang van kwantumcomputing.

Detectie van defecten in kwantummaterialen

Te snelle veranderingen

De materialen waarin qubits zijn ingebed vertonen vaak defecten die verantwoordelijk zijn voor de onbetrouwbaarheid van de qubit. Deze defecten kunnen ruimtelijk extreem snel fluctueren, soms honderden keren per seconde.

De huidige methode om deze defecten te detecteren, die tot een minuut kan duren, is volledig onvoldoende om ze te vangen. In feite wist niemand precies hoe snel dit gebeurde tot nu toe.

In plaats daarvan worden onderzoekers gedwongen om een gemiddelde energieverlies‑snelheid te meten, wat vaak een onvolledig beeld geeft van de werkelijke prestaties van de qubit.

Als gevolg daarvan moeten kwantumcomputers die op supergeleiding vertrouwen veel “trucs” gebruiken om toch hun berekeningen uit te voeren, zelfs wanneer de qubit vaak decoherentie heeft ondergaan zonder dat de gebruiker dit kan detecteren.

Klassieke computers gebruiken om te helpen

Om de detectie van defecten te versnellen, gebruikten de onderzoekers een Field‑Programmable Gate Array (FPGA), een gespecialiseerde controller. Deze gespecialiseerde chips zijn niet zo flexibel als die in CPU’s of GPU’s, maar ze zijn ultraspecialistisch, veel sneller voor een specifieke taak en minder energie‑intensief.

Door het experiment direct op de FPGA uit te voeren, konden ze een “beste schatting” vormen van hoe snel de qubit zijn energie zou verliezen op basis van slechts een handvol metingen.

Hoewel dit een voor de hand liggende oplossing lijkt, was het programmeren van de FPGA correct zeer uitdagend, vooral als de FPGA een beetje flexibel moet zijn.

De methode die ze gebruikten, is dat de chip zijn interne “kennis”, een Bayesiaans model, bijwerkt na elke enkele qubit‑meting.

Bron: Physical Review X

“De controller maakt een zeer strakke integratie tussen logica, metingen en feed‑forward mogelijk: deze componenten maakten ons experiment mogelijk.”

Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute

Naar realtime kalibratie

Tot nu toe moest de kwantumcomputing‑industrie simpelweg “hopen” dat hun qubits nog werkten, en hard werken aan het verminderen van de waarschijnlijkheid en snelheid van decoherentie.

Maar deze nieuwe aanpak opent de weg voor berekeningen die actief betrouwbare qubits selecteren, zelfs met minder dan perfecte materialen.

“Met ons algoritme kan de snelle besturingshardware in realtime bepalen welke qubit ‘goed’ of ‘slecht’ is. We kunnen ook nuttige statistieken over de ‘slechte’ qubits verzamelen in seconden in plaats van uren of dagen.”

Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute

Op de lange termijn zal dit een nieuw onderzoeksgebied openen, waar een beter begrip van wat een individuele “slechte” qubit maakt, in plaats van te vertrouwen op gemiddelden en schattingen.

Conclusie

Net zoals aan het begin van de elektronica, zal de vooruitgang van kwantumcomputing voortkomen uit een veelheid van richtingen.

Een belangrijk aspect zal de productie van betere supergeleidende materialen zijn, die meer stabiele en duurzame qubits kunnen creëren. En misschien ook informatie transporteren in de vorm van een supergeleidende spin‑stroom tegelijkertijd.

Tegelijkertijd zou verbeterde detectie van de decoherentie van een gegeven qubit een sensor‑ en software‑gedreven methode kunnen bieden om de prestaties radicaal te verbeteren zonder te vertrouwen op complexere of moeilijker te vervaardigen materialen.

Investeren in innovatie van kwantumcomputing

Microsoft

Hoewel Microsoft vooral bekend staat om zijn zeer sterke aanwezigheid in besturingssystemen met Windows, is het ook een reus in vele andere technologische sectoren.

Zo is het de leider in zakelijke oplossingen, waaronder Office (Outlook, Word, Excel en PowerPoint), maar ook bedrijfs‑gesprekken (Teams), cloud‑gedeelde opslag (OneDrive), Visio (diagrammen, grafieken), Loop (samenwerkende werkruimte) en Access (database).

Hoewel het niet de leider is in clouddiensten (gedomineerd door Amazon’s (AMZN ) AWS), draagt Microsoft 20 % bij aan de wereldwijde cloud‑infrastructuur via zijn Azure‑platform, even groot als de gecombineerde marktaandelen van Google + Alibaba + Oracle.

Bron: Statista

Microsoft is ook eigenaar van LinkedIn, GitHub, Xbox en vele van ’s werelds grootste videogame‑studio’s.

Als het gaat om AI, heeft Microsoft zich meer gericht op technische use‑cases en zakelijke toepassingen dan op consumententoepassingen, met name met het AI4Science‑programma, gericht op AI’s die nuttig zijn voor wetenschappelijk onderzoek.

Dit omvat bijvoorbeeld het versnellen van het werk van materiaalkundigen om nieuwe moleculen of batterij‑elektroden te ontwerpen door een AI 32 miljoen potentiële materialen te laten filteren tot 500 000 kandidaten, en vervolgens tot 800 in minder dan 80 uur.

Bron: Microsoft

Bedrijven zoals Unilever gebruiken al deze “Generative Chemistry” om hun wetenschappelijke ontdekkingen te versnellen.

Tot nu toe, als het gaat om kwantumcomputing, leek Microsoft achter te blijven ten opzichte van Google of IBM; het bood kwantum‑cloud‑diensten aan met Azure Quantum. De dienst kan ook “hybride computing” aanbieden, waarbij kwantumcomputing wordt gemengd met traditionele cloud‑gebaseerde supercomputer‑diensten.

Bron: Microsoft

Nu Microsoft begin 2025 haar eigen op Majorana‑deeltjes gebaseerde chip heeft uitgebracht, is het bedrijf een van de wereldleiders in kwantumcomputing geworden.

Met nieuwe materialen zoals triplet‑supergeleiders of nieuwe mogelijkheden voor realtime‑kalibratie, is het waarschijnlijk dat Microsoft zal blijven voortschrijden en deze nieuwe tools in haar eigen kwantumcomputers zal integreren.

(U kunt ook ons artikel dat Microsoft in meer detail belicht lezen om het bedrijf beter te begrijpen.)

Laatste Microsoft (MSFT) aandelen nieuws en ontwikkelingen

Bestudeerde studie

<sup>1. F. Colangelo et al, Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Gepubliceerd 25 november 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – Gepubliceerd 13 februari 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3</sup>