Frans duo bouwt extreme koeling voor kwantumcomputers met 100.000 qubits

Kwantumcomputers werken alleen als hun processoren extreem koud zijn. Quobly, een spin-off uit de Franse chipindustrie, bouwt kwantumprocessors op basis van spin-qubits: piepkleine schakelingen waarbij de draairichting van een elektron als reken-eenheid dient. Voor deze techniek is Absolut System, gespecialiseerd in koeltechniek voor ruimtevaart en supergeleiding, de nieuwe partner. Beide bedrijven zijn gevestigd in de regio Grenoble, al decennialang een centrum voor chiptechnologie en kwantumonderzoek in Frankrijk.

De twee bedrijven tekenden een officiële samenwerkingsverklaring voor de ontwikkeling van QCube 100-Class 3, een cryostaat die 100 milliwatt aan koelvermogen levert bij een temperatuur van 500 millikelvin. Dat is nog geen half graad boven het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur die natuurkundig bestaat. Bij zulke temperaturen verdwijnt vrijwel alle warmtetrilling in het materiaal, waardoor de kwetsbare kwantumtoestand van de qubits lang genoeg intact blijft om mee te rekenen.

Waarom koeling de bottleneck wordt

Naarmate kwantumcomputers meer qubits krijgen, groeit ook de hoeveelheid besturingselektronica die vlak bij de processor moet zitten. Die elektronica produceert warmte, en juist die warmte is de vijand van een stabiele kwantumberekening. Cryogene systemen moeten daarom niet alleen kouder worden, maar ook krachtiger: ze moeten meer warmte afvoeren zonder dat de temperatuur ergens in het systeem oploopt. Volgens Quobly dreigt koeling anders een fysieke grens te worden voor het opschalen van kwantumcomputers, los van de kwaliteit van de chips zelf.

Vier fasen naar een miljoen qubits

De samenwerking is opgeknipt in vier fasen. Eerst wordt QCube 100-Class 3 verder ontwikkeld en gekwalificeerd. Daarna volgt industrialisatie, met een verdubbeling van de koelcapaciteit. In de derde fase komt een volledig nieuwe generatie cryogene platforms, gericht op de opvolgers van Quobly's huidige processoren. De laatste fase draait om productie op grote schaal, geschikt voor systemen met meer dan 100.000 fysieke qubits.

Dat aantal is niet toevallig: het komt overeen met de eigen roadmap van Quobly voor zijn Alloy-familie van kwantumcomputers. Het bedrijf mikt op een eerste generatie met tot 100.000 qubits tussen 2027 en 2029, gevolgd door verdere opschaling vanaf 2030 richting systemen met een miljoen qubits. Dat aantal wordt gezien als een drempelwaarde voor fouttolerante kwantumcomputers, machines die fouten in hun berekeningen automatisch kunnen herstellen en daardoor pas echt bruikbaar worden voor complexe toepassingen zoals medicijnontwikkeling of materiaalonderzoek.

Chipindustrie als basis

Quobly, opgericht in 2022 als afsplitsing van chipbedrijf STMicroelectronics, maakt zijn spin-qubits met dezelfde FD-SOI-fabricagetechniek die ook in gewone computerchips wordt gebruikt. Dat moet het straks makkelijker maken om kwantumchips in bestaande chipfabrieken te produceren, in plaats van telkens nieuwe, exotische productielijnen te bouwen. De samenwerking met Absolut System past in het Franse onderzoeksprogramma Cryonext, dat cryogene technologie voor de kwantumindustrie moet klaarstomen voor de overstap van laboratorium naar fabriek.