Sebastian Krinner is de eerste winnaar van de Lopez-Loreta-prijs op de ETH Zürich. De natuurkundige heeft een duidelijk doel:hij wil een kwantumcomputer bouwen die niet alleen krachtig, maar werkt ook foutloos.

"Hier, helemaal onderaan deze witte container, zijn de kringen, " legt Sebastian Krinner met duidelijke trots uit, na de bezoeker door de grote zaal vol hightech apparatuur te hebben geleid. De natuurkundige heeft zijn experiment achter in het Quantum Device Lab opgezet – en zal hier de komende jaren waarschijnlijk talloze werkuren doorbrengen. Ten slotte, dit jaar is Krinner de eerste ontvanger van de prestigieuze Lopez-Loreta-prijs, wat hem in staat zal stellen om de komende jaren vooruitgang te boeken met zijn project aan de ETH Zürich.

Gevoelige kwantumtoestanden

Krinner streeft een ambitieuze onderneming na. Als senior wetenschapper in de onderzoeksgroep van Andreas Wallraff, hij wil de ontwikkeling van kwantumcomputers een grote stap verder brengen. "Als het gaat om kwantumcomputers, het doel is meestal om zoveel mogelijk qubits te controleren, " legt hij uit. "Echter, mensen vergeten vaak dat qubits niet feilloos werken als dragers van kwantuminformatie." De fragiele kwantumtoestanden kunnen vrij gemakkelijk worden verstoord, waardoor onnauwkeurigheden en onjuiste informatie in berekeningen kunnen sluipen.

Dus hoe kan dit foutenpercentage zo laag mogelijk worden gehouden? Krinner wil laten zien dat dit kan met behulp van logische qubits. Een logische qubit bestaat uit meerdere onderling verbonden qubits die samenwerken als een enkele qubit, maar op een stabielere manier en dus minder foutgevoelig.

Complexe experimentele opstelling

Echter, dit is makkelijker gezegd dan gedaan. Eerst, de afzonderlijke qubits moeten al een hoge mate van betrouwbaarheid hebben voordat ze met elkaar kunnen worden verbonden. Als ze een foutenpercentage van meer dan één procent hebben, de verbinding met een logische qubit is eigenlijk contraproductief - het foutenpercentage zou dan toenemen in plaats van dalen. In aanvulling, de qubits moeten in een zeer kleine ruimte worden aangesloten. De besturing van de platte kwantummechanische elementen wordt dus veel uitdagender.

Krinner werkt momenteel aan het koppelen van enkele qubits aan logische qubits en het experimenteel verifiëren van hun gedrag. In de witte bak, het hart van zijn testsysteem, de qubits worden gekoeld tot onvoorstelbaar lage temperaturen van slechts een paar millikelvin – met andere woorden, bijna tot het absolute nulpunt. Bevestigd aan een futuristisch ogende constructie en bestuurd via talrijke fijne coaxkabels, de qubits worden vervolgens kwantummechanisch met elkaar verbonden tot de gewenste vorm.

Een duidelijke visie

De wereld van de kwantumfysica fascineert Krinner sinds hij natuurkunde begon te studeren in Regensburg en Parijs. Hij heeft tijdens zijn tijd bij ETH met een breed scala aan systemen kunnen werken. Als promovendus onder Tilman Esslinger, hij werkte met ultrakoude atomen als kwantummechanische objecten die worden opgevangen en gekoeld in laservallen. onder Wallraf, hij werkt nu met supergeleidende circuits, die hij voor demonstratiedoeleinden op zijn bureau kan tonen. "Er gebeurt veel in dit soort werk, ", legt Krinner uit. "Ik geniet echt van de afwisseling." Van het theoretische werk tot het plannen en uitvoeren van experimenten, evenals de constructie van complexe experimentele tests en de fabricage van kwantummechanische circuits in het cleanroomlaboratorium - het scala aan taken dat de onderzoeker moet beheersen is breed.

Maar Krinner heeft een duidelijke visie:als de ontwikkeling van logische qubits verloopt zoals gepland, hij wil deze opnemen in een krachtigere kwantumcomputer voor het tweede deel van zijn project. "Kwantumcomputers hebben een groot technisch potentieel, omdat ze in staat zijn om complexe en tijdrovende rekentaken veel efficiënter op te lossen dan conventionele computers, " legt Krinner uit. "Ze zijn ook zeer inspirerend vanuit een wetenschappelijk perspectief, omdat de ontwikkeling van deze machines ons veel nieuwe inzichten geeft in hoe de natuurkunde op deze gebieden werkt." Krinner heeft nog veel grondwerk te doen voordat hij zijn visie tot leven kan brengen. Nog altijd, de Lopez-Loreta Prijs geeft hem de mogelijkheid om twee promovendi aan te stellen om zijn project een extra impuls te geven.