De enorme kracht van de kleinste deeltjes
Gaat quantumtechnologie de ontwikkeling van gepersonaliseerde medicijnen versnellen? Of de productie van kunstmest energiezuiniger maken? Juist op het gebied van Life Sciences kan deze technologie een grote positieve impact hebben.
Quantumtechnologie klinkt wellicht als science fiction, maar het bestaat al zo’n dertig jaar en wordt zelfs op bescheiden schaal toegepast. Nederland is internationaal voorloper op dit gebied en investeert in het kader van onder meer Quantum Delta NL fors in zowel fundamenteel onderzoek om de technologie verder te ontwikkelen als startups die het praktisch toepassen. Leiden is een van vijf hubs van Quantum Delta NL.
Complexiteit
De ontwikkelingen richten zich op drie grote gebieden: computers, netwerken en sensoren. “Quantumcomputers werken met een quantumversie van de klassieke bits, en kunnen zich in een willekeurige complexe toestand tussen 0 en 1 bevinden”, legt Dr. Evert van Nieuwenburg, computationeel natuurkundige, principal investigator binnen de Applied Quantum Algorithms (aQa) groep en universitair docent aan de Universiteit Leiden, uit. “Dat maakt ze uitstekend geschikt om complexe problemen waar normale computers honderden jaren over zouden doen op te lossen. Denk aan het testen van alle mogelijke combinaties van molecuulstructuren – met inherente quantum eigenschappen – voor de ontwikkeling van een nieuw medicijn. Of aan het vinden van een oplossing voor het stikstofprobleem. We verwachten dan ook dat ze een positieve impact zullen hebben op de samenleving. Dat geldt ook voor quantumnetwerken. Die zorgen voor veiligere verbindingen die niet meer beveiligd hoeven te worden, simpelweg omdat ze niet gekraakt kunnen worden.”
Minieme veranderingen opsporen
Quantumsensoren tot slot zijn in staat om zeer minieme veranderingen waar te nemen, ook in heel kleine deeltjes zoals cellen. “Dat brengt allerlei nieuwe mogelijkheden met zich mee, bijvoorbeeld op het gebied van Life Sciences”, zegt Daan Boltje, systeemarchitect bij QuantaMap, een startup die werkt aan de ontwikkeling van een microscoop met quantum nano sensoren. Hiermee kunnen afwijkingen in quantumchips worden opgespoord om het productieproces en de kwaliteit van de chips te verbeteren. “De sensoren – SQUIDS – die we hiervoor gebruiken zijn heel klein maar worden in een grotere en andere vorm al toegepast in MRI-scanners.”
Bewustzijn vergroten
Naar verwachting zal de eerste volwaardige quantumcomputer pas over minstens tien jaar in gebruik worden genomen. Maar het is nu al belangrijk om na te denken over mogelijke toepassingen. Daarom zoeken zowel wetenschappers als Van Nieuwenburg als ondernemers zoals Boltje naar samenwerking op zoveel mogelijke vakgebieden, waaronder Life Sciences. “Het is belangrijk om mensen bewust te maken van deze nieuwe technologie en de kansen die het biedt”, zegt Van Nieuwenburg. “Tegelijkertijd maak je het zo minder ‘eng’ of ‘spannend’ – iets wat bij kunstmatige intelligentie enorm speelt.” Boltje: “Quantumtechnologie gaat op de langere termijn van enorme positieve waarde zijn voor de samenleving. Dat geldt zowel voor de directe toepassingen als de ‘bijvangst’, ontwikkelingen die in de slipstream van quantumtechnologie ontstaan.”
Kruisbestuiving in Leiden
Op het Leiden Bio Science Park zijn zowel startups in de Life Sciences & Health als quantumtechnologie, waaronder QuantaMap, gevestigd. Dat helpt om kruisbestuiving te stimuleren. “Zo ontstonden er onlangs na een lunchlezing tal van interessante gesprekken, bijvoorbeeld over het toepassen van quantumtechnologie tijdens klinische trials van medicijnen, om het proces te versnellen én proefdieren overbodig te maken”, aldus Boltje. “Juist die nabijheid stimuleert de samenwerking op allerlei vlakken en biedt mooie kansen voor Leiden én Nederland”, besluit Van Nieuwenburg.
“Quantumtechnologie gaat op de langere termijn van enorme positieve waarde zijn voor de samenleving”
-Daan Boltje, systeemarchitect bij QuantaMap
Superpositie en verstrengeling
Quantumtechnologie is gebaseerd op principes uit de quantummechanica. Quantumdeeltjes zijn heel kleine deeltjes – op de schaal van atomen of zelfs nog kleiner – die bijzonder gedrag vertonen. Ze kunnen zich in meerdere toestanden tegelijk bevinden. Dit heet superpositie. Ook kunnen twee of meer quantumdeeltjes samen één systeem vormen: zogeheten verstrengeling.
De deeltjes delen dan een bijzondere, onzichtbare band waarbij ze elkaar kunnen beïnvloeden, ook over grote afstanden.
De verwachte impact van quantumtechnologie is groot, vergelijkbaar met of zelfs groter dan de impact van de klassieke informatietechnologie.
Van Nieuwenburg heeft spelletjes ontwikkeld om mensen spelenderwijs kennis te laten maken met quantum effecten: https://tiqtaqtoe.com
Leiden Bio Science Park is het grootste innovation district van Nederland op het gebied van Life Sciences & Health. De clustering van hoogwaardig onderwijs, onderzoek, zorg en bedrijfslevens trekt studenten, wetenschappers en ondernemers vanuit de hele wereld naar Leiden.
https://leidenbiosciencepark.nl