Een koffer vol quantuminspiratie op reis door Europa: ‘We hebben echt nieuwe inzichten opgedaan’
Een koffer als boodschapper van quantumwetenschap. Dat is het idee achter QuanTour, een project dat onderzoekers van twaalf Europese universiteiten verbindt. In december streek de koffer neer in Leiden. Een maand later is het tijd om het stokje door te geven aan Kopenhagen. Maar wat gebeurde ermee in Leiden?
10 december: Natuurkundige Mio Poortvliet ontvangt de koffer van zijn Schotse collega Fred Brooke Barnes. Nu is het zijn beurt om metingen te doen met de quantumlichtbron uit de koffer.
Bij die metingen gebruikt Poortvliet een heel bijzonder apparaat. Het zet een stroom aan fotonen om in pulses van maar 500 fotonen. ‘Van biljarden naar slechts honderden, een apparaat dat dit kan, is nergens te koop’, vertelt Poortvliet. ‘Collega’s Harry Visser en Arno van Amersfoort van de Electronische Dienst hebben het speciaal voor ons onderzoek gemaakt.’
QuanTour
Sinds april 2024 reist de koffer van QuanTour langs twaalf Europese universiteiten als ‘Q-torch’: een soort olympische vlam die het International Year of Quantum Science and Technology 2025 aankondigt. Op elke locatie worden experimenten gedaan en de resultaten hiervan worden gedeeld.
‘De chip die ze ons hebben gebracht is heel anders dan de samples die we zelf hebben liggen’, zegt een enthousiaste Poortvliet. ‘Daardoor kunnen we er andere experimenten mee doen: het is een relatief simpele structuur waardoor die het lijkt op de meest simpele chips die we zelf hebben.
Poortvliet ontdekt dat deze QuanTour-chip anders reageert op de weerkaatsing van verschillende kleuren licht. De structuur van de chip zorgt ervoor dat het licht op een bepaalde manier verzameld wordt en dat maakt de metingen makkelijker.
‘Dit moet je echt heel voorzichtig doen. Je wilt hierbij geen fouten maken.’
Fotonen laten botsen op de superkoude chip
De lichtdeeltjes in pulses reizen verder door glasvezelkabels in het lab richting de cryostaat, een apparaat dat extreem lage temperaturen kan bereiken en vasthouden. Een kritiek moment is het plaatsen van de QuanTour-chip in deze cryostaat. Dit vond Poortvliet het spannendste moment. ‘Het gaat om een heel kwetsbare halfgeleiderstructuur op nanoschaal. Dit moet je echt heel voorzichtig doen. Je wilt hierbij geen fouten maken.’
Je zet de cryostaat vervolgens ‘aan’ en na slechts een paar uur afkoelen is de temperatuur 4 Kelvin, oftewel -269,15° Celsius. Deze extreem lage temperatuur versterkt alle quantumeffecten in het materiaal. ‘Dan laten we de fotonen uit de glasvezelkabel ‘botsen’ op de chip en vangen we het gereflecteerde licht weer op’, vertelt Poortvliet. ‘Uiteindelijk komen de fotonen via twee glasvezeldraden aan bij de fotonenteller helemaal achter in het lab, die analyses uitvoert op deze lichtdeeltjes.’
Nieuwe inzichten voor innovaties zoals zonnecellen
Door de interactie van licht en materie te onderzoeken, doen de natuurkundigen kennis op voor innovaties zoals betere beeldvormingstechnieken, quantumcommunicatie, sensoren en zonnecellen.
Ook in deze QuanTour-maand deed Poortvliet nieuwe inzichten op: ‘De andere, relatief eenvoudige structuur op deze QuanTour-chip bleek vooral handig bij het ‘verzamelen’ van lichtdeeltjes. Met deze kennis kunnen we nu onze eigen, complexere chips in de toekomst waarschijnlijk sneller inregelen aan de start van een serie nieuwe metingen.’
Kopenhagen als volgende bestemming
Op 13 januari droeg Poortvliet de koffer over aan het team van Nika Akopian in Kopenhagen. Om vervolgens via Stockholm en Wroclaw in april 2025 aan te komen op zijn thuisbasis in Duitsland.