Triplet-supergeleiding en kwantumqubits

De meeste huidige prototypes van kwantumcomputers gebruiken supergeleidende materialen voor kwantumberekeningen, omdat deze materialen de kwantumeigenschappen stabieler kunnen houden. Het belangrijkste alternatief is de zogenaamde "gevangen-ionen-kwantumcomputer".

Tot nu toe zijn alleen modellen met opgesloten ionen voldoende betrouwbaar gebleken, maar ze zijn zeer beperkt in het aantal bruikbare qubits dat ze kunnen bevatten (het kwantumcomputer-equivalent van een bit in een gewone computer).

De ideale optie zou natuurlijk zijn om supergeleidende materialen te verbeteren, zodat ze geschikt worden voor kwantummechanische berekeningen. Er is al wel enige inspanning in die richting geleverd, met name met traliewerk chirurgieen met langer meegaande qubitsMaar dit blijkt nog steeds niet voldoende om commerciële, schaalbare supergeleidende kwantumcomputers te creëren.

Een ander geavanceerd vakgebied binnen de computerwetenschappen is spintronica, dat gebruikmaakt van de kwantummechanische eigenschappen van deeltjes, namelijk spin, in plaats van elektrische ladingen zoals in de klassieke elektronica. Tot nu toe waren kwantumcomputing en spintronica weliswaar enigszins verwant, maar niet direct met elkaar verbonden, aangezien supergeleidende materialen geen spin hebben. Tenminste, tot nu toe.

(Je kunt meer leren over spintronica) in ons artikel dat aan deze technologie is gewijd)

Een team van onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie en de Università degli Studi di Salerno (Italië) heeft mogelijk een triplet-supergeleider ontdekt, een type supergeleider met unieke spineigenschappen.

Dit nieuwe type supergeleidend materiaal zou een doorbraak kunnen betekenen voor de ontwikkeling van supergeleidende kwantumcomputers. Ze publiceerden hun bevindingen in Physical Review Letters, onder de titel "Het onthullen van intrinsieke triplet-supergeleiding in niet-centrosymmetrisch NbRe door middel van inverse spin-valve-effecten'.

"Een triplet-supergeleider staat hoog op het verlanglijstje van veel natuurkundigen die werkzaam zijn in de vastestoffysica. Materialen die triplet-supergeleiders zijn, worden beschouwd als een soort 'heilige graal' in de kwantumtechnologie, en meer specifiek in de kwantumcomputing."

Professor Jacob Linder – Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie

Ondertussen werkt een ander team van onderzoekers van het Niels Bohr Instituut aan de Universiteit van Kopenhagen, de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie, het Leiden Institute of Advanced Computer Science (Nederland), de Chalmers Universiteit van Technologie (Zweden), de Universiteit van Regensburg (Duitsland) en het bedrijf aan dit project. Quantummachines hebben ontdekt hoe ze defecten, een belangrijk probleem bij supergeleidende materialen, kunnen opsporen met een nieuwe, efficiënte vorm van fluctuatiedetectie.

Ze publiceerden hun bevindingen in Physical Review X2, onder de titel "Adaptieve realtime tracking van fluctuerende relaxatiesnelheden in supergeleidende qubits'.

Triplet-supergeleiders

Veeg om te scrollen →

Waarom het uitmaakt?

Theoretisch gezien 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 te instabiel is en de gegevensoverdracht te complex om praktisch bruikbaar te zijn.

Dit zou echter niet het geval zijn als we toegang zouden krijgen tot triplet-supergeleiders. Deze kunnen namelijk spin overdragen zonder energieverlies, waardoor de supergeleidende deeltjes nu spin met zich meedragen.

"Triplet-supergeleiders maken een aantal ongebruikelijke fysische verschijnselen mogelijk. Deze verschijnselen hebben belangrijke toepassingen in de kwantumtechnologie en spintronica."

Professor Jacob Linder – Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie

Terwijl een gewone singlet-supergeleider stroom kan geleiden zonder weerstand, zou een triplet-supergeleider ook spinstromen kunnen geleiden met absoluut nul weerstand. Daardoor zou een kwantum- of spintronische computer ultrasnel kunnen zijn en tegelijkertijd bijna geen elektriciteit verbruiken!

Niobium-Rheniumlegering

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 spinventieleffect", een speciaal geval van gigantische magnetoresistentie, een magnetische eigenschap van meerlaagse materialen, waarvan de ontdekking in 2007 de Nobelprijs opleverde.

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

Lange termijn potentieel

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

Bovendien gedraagt ​​het materiaal zich als een supergeleider bij een relatief hoge temperatuur (althans naar de maatstaven van supergeleidende materialen), namelijk slechts 7 graden Celsius boven het absolute nulpunt bij -273.15 °C (−459.67 °F), terwijl de meeste andere kandidaatmaterialen slechts één graad boven het absolute nulpunt nodig hebben.

Niobium en rhenium zijn echter beide dure en zeldzame metalen, dus ze zullen kwantumcomputers niet direct goedkoper maken.

De volgende stap is 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 zogenaamd "Majorana-deeltje", dat zijn eigen antideeltje is. Daardoor kan het op een stabiele manier berekeningen uitvoeren in een kwantumcomputer.

Net als andere onderzoekers steeds dichterbij komen om Majorana-deeltjes te benutten en Microsoft heeft al een chip met Majorana Zero Modes (MZM's)Dit lijkt een steeds veelbelovendere richting te zijn voor de toekomstige ontwikkeling van kwantumcomputing.

Het opsporen 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 zich ruimtelijk zeer snel verplaatsen, soms wel honderden keren per seconde.

De huidige methode om deze defecten op te sporen, die tot wel een minuut kan duren, is dus volstrekt ontoereikend. Sterker nog, niemand wist tot nu toe precies hoe snel dit gebeurde.

Onderzoekers zijn daarom genoodzaakt een gemiddelde energieverliesratio te meten, wat vaak een onvolledig beeld geeft van de werkelijke prestaties van de qubit.

Daardoor moeten kwantumcomputers die op supergeleiding gebaseerd zijn, gebruikmaken van veel 'trucs' om hun berekeningen toch te kunnen uitvoeren, zelfs wanneer de qubit, vaak zonder dat de gebruiker dit merkt, gedecohereerd raakt.

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 de chips die in CPU's of GPU's worden gebruikt, maar ze zijn uiterst gespecialiseerd, veel sneller in een specifieke taak en verbruiken minder energie.

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

Hoewel dit een voor de hand liggende oplossing lijkt, was het correct programmeren van de FPGA erg lastig, vooral als de FPGA enigszins flexibel moet zijn.

De methode die ze gebruikten, houdt in dat de chip zijn interne "kennis", een zogenaamd Bayesiaans model, bijwerkt na elke meting van een qubit.

Bron: Fysieke beoordeling X

Hierdoor kon het systeem de manier waarop het de toestand van de qubit leerde, zo efficiënt mogelijk blijven aanpassen.

“De controller maakt een zeer nauwe integratie mogelijk tussen logica, metingen en feedforward: deze componenten hebben ons experiment mogelijk gemaakt.”

Universitair hoofddocent Morten Kjaergaard – Niels Bohr Instituut

Op weg naar realtime kalibratie

Tot nu toe moest de kwantumcomputerindustrie er maar op "hopen" dat hun qubits nog werkten, en werkte men hard aan het verminderen van de kans op en de snelheid van decoherentie.

Maar deze nieuwe aanpak maakt het mogelijk om bij berekeningen actief betrouwbare qubits te selecteren, zelfs met minder dan perfecte materialen.

"Met ons algoritme kan de snelle besturingshardware vrijwel in realtime bepalen welke qubit 'goed' of 'slecht' is. We kunnen ook binnen enkele seconden nuttige statistieken verzamelen over de 'slechte' qubits, in plaats van uren of dagen."

Universitair hoofddocent Morten Kjaergaard – Niels Bohr Instituut

Op de lange termijn zal dit een nieuw onderzoeksgebied openen, waarin we beter begrijpen wat een individuele "slechte" qubit maakt, in plaats van te vertrouwen op gemiddelden en gissingen.

Conclusie

Net als in de beginjaren van de elektronica zal de vooruitgang in de kwantumcomputing vanuit diverse richtingen komen.

Een belangrijk aspect zal de productie van betere supergeleidende materialen zijn, die in staat zijn stabielere en duurzamere qubits te creëren. En wellicht tegelijkertijd ook informatie te transporteren in de vorm van een supergeleidende spinstroom.

Verbeterde detectie van de decoherentie van een bepaalde qubit zou ondertussen een sensor- en softwaregestuurde methode kunnen opleveren om de prestaties radicaal te verbeteren zonder afhankelijk te zijn van complexere of moeilijk te produceren materialen.

Investeren in innovatie op het gebied van kwantumcomputing

Microsoft

Hoewel Microsoft vooral bekend is vanwege zijn sterke aanwezigheid op het gebied van besturingssystemen voor Windows, is het bedrijf ook een koploper op veel andere technologische gebieden.

Het is bijvoorbeeld marktleider op het gebied van zakelijke oplossingen, waaronder Office (Outlook, Word, Excel en PowerPoint), maar ook bedrijfsgesprekken (Teams), gedeelde cloudopslag (OneDrive), Visio (diagrammen, grafieken), Loop (samenwerkingsruimte) en Access (database).

Hoewel Microsoft niet de leider is op het gebied van clouddiensten (Amazon's AWS is de dominante speler), is het bedrijf wel goed voor 20% van de wereldwijde cloudinfrastructuur via zijn Azure-platform. Dat is net zo groot als de aandelen van Google + Alibaba + Oracle samen.

Bron: Statista

Microsoft is ook eigenaar van LinkedIn, GitHub, Xbox en veel van 's werelds grootste videogamestudio's.

Als het om AI gaat, heeft Microsoft zich meer gericht op technische use cases en zakelijke toepassingen dan op consumentenapps, met name met de AI4Science-programma, over 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 beperkt 32 miljoen potentiële materialen tot 500,000 kandidaten, en vervolgens tot 800 in minder dan 80 uur.

Bron: Microsoft

Bedrijven als Unilever gebruiken deze ‘generatieve chemie’ al om hun wetenschappelijke ontdekkingen te versnellen..

Tot nu toe leek Microsoft achter te lopen op het gebied van quantum computing in vergelijking met Google of IBM; het bood quantum computing clouddiensten aan met Azuurblauwe kwantumDe service kan ook bieden “hybrid computing”, waarbij kwantumcomputing wordt gecombineerd met traditionele cloudgebaseerde supercomputerdiensten.

Bron: Microsoft

Microsoft brengt begin 2025 zijn eigen chip op basis van Majorana-deeltjes uit.Het bedrijf is uitgegroeid tot een van de wereldleiders op het gebied van kwantumcomputing.

Met nieuwe materialen zoals triplet-supergeleiders of nieuwe mogelijkheden voor realtime kalibratie, is het waarschijnlijk dat Microsoft vooruitgang zal blijven boeken en deze nieuwe tools in zijn eigen kwantumcomputers zal kunnen integreren.

(Je kunt ook lezen ons artikel waarin we Microsoft als geheel nader belichten. om het bedrijf beter te begrijpen.

Het laatste nieuws en de ontwikkelingen rondom het Microsoft (MSFT) aandeel.

Studie waarnaar wordt verwezen

^{1. F. Colangelo et al., Het onthullen van intrinsieke triplet-supergeleiding in niet-centrosymmetrisch NbRe door middel van inverse spin-valve-effecten. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Gepubliceerd 25 november 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2Fabrizio Berritta, et al. Adaptieve realtime tracking van fluctuerende relaxatiesnelheden in supergeleidende qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – Gepubliceerd op 13 februari 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3}