#15 Orange Quantum Systems (TNO)

De spin-off van de spin-off | De quantumcomputer, we kijken er reikhalzend naar uit. Het belooft een computer te worden met ongekende rekenkracht en dat opent nieuwe deuren. Start-up Orange Quantum Systems versnelt het ontwikkelingsproces met een unieke samenwerking in de splinternieuwe quantum-waardeketen.

Auteur: Linda Bak, Innovation Origins | 24 november 2021

Quantumtechnologie is nog relatief nieuw. Pas sinds begin jaren 90 zijn verschillende onderzoeksgroepen bezig met het ontwikkelen van technologie op basis van quantumfysica, de wetenschap van de allerkleinste deeltjes. “De quantumfysica zelf is al meer dan honderd jaar oud, maar we zijn pas sinds kort in staat om de theorie ook echt toe te passen in technologie”, stelt Garrelt Alberts, mede-oprichter van Orange Quantum Systems. Het bedrijf levert gereedschap voor quantumonderzoek aan onderzoeksgroepen van universiteiten en bedrijven. “Zo kunnen we het onderzoek naar quantumtechnologie voor verschillende toepassingen versnellen”, zegt Alberts. Het bedrijf is ruim een jaar geleden opgericht als spin-off van TNO. TNO en TU Delft zijn de oprichters van QuTech. Deze activiteiten hebben ook geleid tot de TNO spin-off Orange Quantum Systems.

Gereedschap

Om onderzoek te kunnen doen naar quantumtechnologie en de ontwikkeling van een quantumcomputer zijn high tech hardware en software nodig die goed met elkaar communiceren. Dat vormt samen een apparaat dat op een mini-quantumcomputer lijkt. “Het duurt soms wel drie jaar voordat een onderzoeksgroep zo’n apparaat heeft gemaakt. Dan moet het daadwerkelijke onderzoek nog beginnen”, stelt Alberts. Orange QS heeft inmiddels veel ervaring met het maken van deze apparaten, dat scheelt tijd en daarmee geld voor onderzoeksgroepen. Alberts: “Wij leveren eigenlijk het gereedschap waarmee wetenschappers onderzoek kunnen doen naar quantumtechnologie.”

Quantumtechnologie

Quantumtechnologie werkt op basis van quantumfysische principes. Twee daarvan zijn relevant voor quantumcomputers: verstrengeling en superpositie. Deze twee eigenschappen maken de quantumcomputer bijzonder. Huidige computers werken op basis van bits, quantumcomputers werken op basis van qubits. Bits zijn altijd een 0 of een 1, terwijl door superpositie een qubit een 0 en een 1 tegelijk kan zijn.

Door verstrengeling kunnen alle qubits instantaan met elkaar verbonden zijn. Dit betekent dat zij verbonden zijn zonder fysiek aan elkaar gekoppeld te zijn. Als het ene Qubit verandert, heeft het andere dat ook door, zelfs als ze duizenden kilometers van elkaar verwijderd zijn. Dat maakt hele snelle en grote berekeningen mogelijk.

Netwerk van start-ups

De technologie in dit apparaat ontwikkelt Orange QS niet alleen. Daarvoor werkt het bedrijf samen met andere bedrijven, bijvoorbeeld binnen het Nederlandse IMPAQT consortium. “Alle start-ups maken een onderdeel van een simpele quantumcomputer. Wij integreren alles en zorgen voor de nodige software waardoor alle componenten goed met elkaar communiceren”, zegt Alberts. “Wij leveren eigenlijk de lijm van het systeem. Deze lijm kunnen dan weer ook in onze eigen producten gebruiken.” Het combineren van verschillende onderdelen van verschillende bedrijven is een unieke aanpak als het gaat om de ontwikkeling van quantumcomputers.

“Veel start-ups die bezig zijn met kwamtumcomputers halen financiering binnen voor een aantal jaar en gaan dan alle onderdelen zelf ontwikkelen”, stelt hij. “Dat is zonde van de tijd en van het geld. We weten namelijk nog niet wat de beste aanpak is om een quantumcomputer te ontwikkelen, dan kun je beter niet op één paard wedden. Als dat paard – in dit geval de technologie – dan niet de beste blijkt te zijn, is alles voor niks geweest.” Alberts ziet de ontwikkeling van de huidige computer als voorbeeld voor de toekomstige quantumcomputer. “Daarin gebruikten we eerst ook buizen voordat er transistoren werden uitgevonden. Die ontwikkeling duurt een tijd. De transistor voor de quantumcomputer is nog niet uitgevonden”, stelt hij. “In de tussentijd bouwen wij het gereedschap waarmee die technologien volwassener kunnen worden.”

Hoog niveau

Nu richt Orange QS zich nog voornamelijk op apparaten voor onderzoeksgroepen, maar in de toekomst worden dat gespecialiseerde apparaten voor de halfgeleidersindustrie. “We schakelen dus veel met de verschillende toeleveranciers om alle componenten steeds naar een hoger niveau te tillen en ze goed op elkaar aan te laten sluiten. Uiteindelijk zijn we afhankelijk van de kwaliteit van de producten die de toeleveranciers leveren.”

Robuust

Jérémy Veltin, Research Manager Quantum Technology bij TNO: “De aanpak van Orange QS is robuust, het vergroot de slaagkans en verkleint het risico. Door niet alles zelf te ontwikkelen, maar samen te werken betrekken zij meer mensen bij de ontwikkeling. Dat is goed voor nu en voor de toekomst.” Hij zag Orange QS groeien van een idee binnen zijn afdeling tot een spin-off die op eigen benen kan staan. Via het interne Tech Transfer programma bij TNO werden ideeën gevalideerd. “Er is veel vraag naar het product dat Orange QS levert”, stelt Veltin. “Daarom denk ik dat het bedrijf de komende jaren sterk gaat groeien.”

Bij Orange QS werken op dit moment tien mensen. “Dat is relatief weinig voor het werk dat we doen”, gaat Alberts verder. “Maar als je alle mensen van de start-ups die met elkaar samenwerken bij elkaar optelt, dan zitten we aan vijftig tot zestig mensen.” Alle start-ups kunnen ‘hun eigen broek ophouden’ omdat ze zij nu al hun producten leveren aan onderzoeksgroepen, bijvoorbeeld bij universiteiten en bij grote bedrijven zoals Google en Amazon. Daarnaast krijgt Orange QS nog de nodige steun van TNO. “Wij leveren specifieke kennis voor projecten en stellen faciliteiten zoals laboratoria beschikbaar”, stelt Veltin.

Door het leveren van de apparaten voor onderzoek ziet Orange QS ook van dichtbij wat de laatste ontwikkelingen op het gebied van quantumtechnologie zijn. “Zo hopen we steeds de beste apparaten te kunnen maken om de nieuwste quantumchips te testen”, zegt Alberts. “Die kunnen we dan weer verkopen aan de grote chipontwikkelbedrijven in de halfgeleiderindustrie.”

Enorme rekenkracht

Wat gaat de quantumcomputer dan veranderen in de wereld? “Dat weet niemand precies”, stelt hij. Door de grote rekenkracht kan een quantumcomputer waarschijnlijk berekeningen maken die we nu als onmogelijk bestempelen. “Denk bijvoorbeeld aan het doorrekenen van een chemische reactie. Je kunt met een quantumcomputer bijvoorbeeld doorrekenen hoe een chemische reactie leidt tot een product, bijvoorbeeld plastic, met bepaalde eigenschappen”, verklaart Alberts. “Nu is het nog proefondervindelijk uitgevonden hoe sterk en buigbaar plastic is bij het gebruik van een bepaalde combinatie aan materialen. Met een quantumcomputer zou je dit van tevoren snel kunnen uitrekenen.” Op deze manier kan bijvoorbeeld ook van tevoren uitgerekend worden hoe medicijnen gaan reageren in het lichaam van een patiënt. Dat zorgt voor snellere medicijnontwikkeling en een betere toepassing voor patiënten.

“Om echt te zien wat de impact van een quantumcomputer is, moeten we er een hebben gemaakt”, stelt Alberts. “We wisten van tevoren ook niet wat de impact van gewone computers zou zijn.” De exacte werking van de computer is lastig te verklaren. “Niet alle quantumalgoritmen kunnen mathematisch bewezen worden. Net zoals Artificial Intelligence (AI) mathematisch gezien niet altijd bewezen kan worden”, gaat hij verder. Het werkt vaak, maar niet voor alle gevallen. De werking van zowel AI als quantumalgoritmen is ook niet goed te controleren. “De quantumcomputer komt met dezelfde uitdagingen en onzekerheden als AI. De quantumtechnologie is alleen nog een stuk minder ontwikkeld, je kunt het vergelijken met de AI van de jaren 70.”

Ecosysteem

Om de quantumtechnologie de komende jaren echt in een stroomversnelling te brengen, is volgens Alberts en Veltin een goed ecosysteem onmisbaar. “Je hebt meerdere bedrijven en mensen nodig om echt veranderingen door te voeren”, stelt Veltin. Dat ecosysteem is Orange QS nu mede aan het opbouwen. “Nu is het nog gecentreerd in Delft, maar we hopen het in de toekomst meer nationaal en internationaal uit te breiden”, zegt hij. “Dit is zo’n grote ontwikkeling, dat kunnen we niet alleen als kennisinstelling of als land.” Daarom wil hij samenwerken met andere universiteiten en bedrijven door heel Europa. Ondertussen groeien de aangesloten bedrijven verder tot grotere marktpartijen. Alberts heeft een duidelijke missie: “Wij hopen de ASML van de quantumcomputer te worden.”