Harald Homulle

In september 2014 startte Harald Homulle met z’n promotieonderzoek. Zo’n vierenhalf jaar later mocht hij zijn proefschrift (titel: Cryogenic electronics for the read-out of quantum processors) verdedigen, ten overstaan van een commissie vol internationale professoren. Na precies 60 minuten aan de tand gevoeld te zijn, klonk het beroemde Hora finita! (‘De tijd is verstreken’). De commissie verliet de zaal, kwam terug en reikte het doctoraat aan Harald uit. ‘Cum laude werd er gezegd,’ vertelt Harald lachend. ‘En dat terwijl de commissie voor een groot deel uit natuurkundigen bestond…’

Kwantum is cool, letterlijk en figuurlijk

Harald Hormulle

Wacht even… je bent cum laude gepromoveerd en toch bespeur ik bescheidenheid?

Haha, ja. De commissie bestond voor een groot deel uit natuurkundigen. En dat terwijl mijn proefschrift een vrij elektronicarijk-boekje is geworden. Zo werd er tijdens mijn verdediging een vraag gesteld over fysisch gedrag. Daar wist ik niets van. Kon ik vrij weinig over zeggen.

En toch is het je gelukt om al die natuurkundigen te overtuigen. Mét elektrotechniek. Nu ben ik nieuwsgierig. Wat heb jij de afgelopen vierenhalf jaar precies onderzocht?

Tijdens mijn masterstudie heb ik onderzoek gedaan bij professor Edoardo Charbon. Een heel ander onderwerp: met behulp van fluorescentie kanker detecteren. Fluorescerende kleurstoffen kunnen kankercellen laten oplichten zodat chirurgen tijdens een operatie nauwgezet het tumorweefsel kunnen wegsnijden. Na de afronding van mijn master, kwam Edoardo met het idee om iets met kwantum te gaan doen. Kwantum is een hype. Het is cool, letterlijk en figuurlijk. Een kwantumcomputer moet namelijk heel erg koud zijn. Daar ontkom je niet aan. De uitdaging zit ‘m in het feit dat alle elektronische apparaten op kamertemperatuur functioneren. Omdat kwantumbits niet echt warmer kunnen worden, moet juist de temperatuur van die elektronica omlaag. Tot hoever je kunt dalen, heb ik onderzocht.

een vat met vloeibaar helium

Hoe heb je dat precies gedaan?

Om na te gaan of elektronica ook bij lage temperaturen werkt, hebben wij een lange pijp gemaakt. Aan de ene kant van die pijp had ik een sample gemonteerd en aan de andere kant een mogelijkheid om meetapparatuur op aan te sluiten. Het uiteinde met daaraan het sample heb ik in een vat met vloeibaar helium gedompeld, iedere ochtend opnieuw, om vervolgens metingen uit te voeren. Ik heb verschillende commerciële elektronische apparaten aan héle lage temperaturen blootgesteld om te laten zien dat ze zelfs dán nog goed functioneren. Denk daarbij aan een veldprogrammeerbare schakeling (FPGA) geïmplementeerd in een 28 nm CMOS-proces. Deze schakeling werkt zelfs bij 4 graden Kelvin zonder al te grote problemen.

Wat was het doel van dit alles?

Het uiteindelijke  doel is een kwantumcomputer, want dat wil iedereen. Kwantumcomputatie maakt het immers mogelijk exponentieel sneller te kunnen rekenen dan wat tegenwoordig met klassieke computers gebruikelijk is

Om dat mogelijk te maken, heb je veel kwantumbits nodig: de eenvoudigste eenheid van kwantuminformatie. Momenteel komt men echter niet veel verder dan 49 kwantumbits. En dat terwijl je er duizenden – misschien wel miljoenen – nodig hebt om écht iets nuttigs te kunnen uitrichten. Omdat kwantumbits uitstekend gedijen in een koude omgeving, is het belangrijk om te weten tot welke temperatuur elektronica werkt.

Wat is je, van al die jaren zwoegen, het meest bijgebleven?

Het gevoel van sensatie dat iedere keer weer de kop opstak. Als je tot het besef komt dat iets, wat eigenlijk niet bedoeld is om zó extreem koud te zijn, tóch gewoon functioneert. De meeste elektrische apparaten houden er rond de -50 graden Celsius mee op. Als je erachter komt dat het bij -200 graden Celsius nog steeds werkt, dan geeft dat best wel een kick.