‘Mijn verhaal gaat over Majorana, niet marihuana’

De bouw van een quantumcomputer moet een Nederlands icoonproject worden. Dat vindt Leo Kouwenhoven die vorig jaar Majoranadeeltjes ontdekte - mogelijke bouwsteentjes van zo’n computer. Maar hij blijft er koel onder.

Foto TU Delft

‘Als u het niet snapt, dan ligt dat aan mij.” Hoffelijk begint Leo Kouwenhoven zijn lezing voor een afgeladen Paradiso. De gemiddelde leeftijd van het publiek op de vroege zondagmorgen in mei is zo’n vijftig jaar.

Al even doodgemoedereerd staat Kouwenhoven een paar maanden later in een warme, stampvolle tent op Lowlands – nu is de gemiddelde leeftijd twintig jaar. „Mijn verhaal gaat over de Majorana, niet marihuana”, sluit hij aan bij zijn gehoor.

Leo Kouwenhoven is beroemd. De onverwachte vondst van Majoranadeeltjes, vorig jaar in zijn lab aan de TU Delft, zette hem op de kaart. Zelf hamerde en hamert Kouwenhoven erop dat het definitieve bewijs voor deze merkwaardige deeltjes nog moet worden geleverd.

Er is iets gezien dat ‘look, talks and walks like a Majorana’, zegt hij steeds. Maar intussen was hij in journaals, in praatprogramma’s, op ministeries en werd hij zelfs door Rutte in het Torentje uitgenodigd.

En ja, al die aandacht moet je daarna wel verwerken, zegt hij. In de nazomer zitten we op een stenen bankje op de Delftse campus. Kouwenhoven, een boerenzoon die fysicus werd, draagt als altijd een spijkerbroek en een poloshirt.

„Telkens als er het afgelopen jaar mensen bij ons thuis langskwamen, vroegen ze naar mijn onderzoek. En ik had steeds wel wat nieuws te vertellen. Tot mijn vrouw en kinderen zeiden: ‘We willen niet het hele jaar vijf keer per dag over Majorana’s praten.’ Ze hadden gelijk natuurlijk, maar ik zat met al die nieuwe ervaringen. Bij wie moet je die dán kwijt?”

Nu kijkt hij ironisch. Meende hij die laatste zin of niet? Het is bij Kouwenhoven niet altijd duidelijk. Is hij altijd zo relaxed? Wat denkt hij als hij je peilend aankijkt?

Leidende rol

Terwijl de rest van de wereld zich verbaasde over zijn merkwaardige ‘deeltjes zonder eigenschappen’, volgde Kouwenhoven dit jaar overduidelijk zijn eigen agenda. Hij dacht vooruit. Ver vooruit.

Op de vrij korte termijn moesten nieuwe experimenten worden bedacht en nieuwe technieken worden ontwikkeld om aan te tonen dat die deeltjes die ‘lopen, praten en eruitzien als Majorana’s’ ook werkelijk Majorana’s zijn.

Daarvoor werkt Kouwenhoven samen met onder meer Vincent van Mourik, die vorig jaar de eerste auteur van het Science-paper over de vondst was, met de Leidse theoretisch fysicus Carlo Beenakker en diens groep, en met hoogleraar Erik Bakkers die in Eindhoven circuitjes van ragfijne nanodraadjes bouwt.

Door in zulke circuitjes met meerdere Majoranadeeltjes tegelijk te goochelen, wil Kouwenhoven’s team straks aan die deeltjes het karakteristieke ‘niet-Abelse’ gedrag ontlokken dat geen enkel ander deeltje vertoont. „Dat zou het sterkste bewijs zijn dat het écht om Majorana-deeltjes gaat. Zoiets laten zien duurt nog twee tot vier jaar”, schat Kouwenhoven.

Maar: er is ook de lange termijn. Majorana’s zouden de ideale informatiedragers kunnen zijn in toekomstige quantumcomputers die „de wetenschap een nieuw tijdperk in zullen voeren.” In zulke superkrachtige computers zouden ze kunnen fungeren als een quantumbit of kortweg ‘qubit’ – een bit dus dat tegelijk 0 én 1 kan zijn. Juist dat dubbelzinnige karakter van qubits voert de informatiedichtheid en rekensnelheid enorm op.

En: zou het niet mooi zijn als Nederland de leiding zou nemen bij de ontwikkeling van zo’n quantumcomputer? Sterker, als Delft dat zou doen?

Lab-in-aanbouw

„Ik was dit voorjaar aan het kwakkelen”, zegt Kouwenhoven in de nazomerzon op die Delftse campus. In januari had hij al eens gemaild dat hij griep had. „In het lab gaat het goed, maar er gebeurt niets schokkends”, schreef hij er bij.

Daarna kreeg hij alle andere griepvormen die er rondwaarden, zegt Kouwenhoven ontspannen. Maar intussen werkte hij óók, met collega-onderzoekers en mogelijke financiers in Nederland en de Verenigde Staten, zijn toekomstplannen uit.

Een concreet resultaat daarvan, het QC-lab, heeft hij zojuist laten zien. Het lab, dat met relatief eenvoudige ingrepen in het oude Technische-Natuurkundegebouw wordt geïnstalleerd, is nog in aanbouw. Alle wanden zijn er van glas en werkkamers, meet- en vergaderruimtes liggen naast en door elkaar. „Meten, denken en analyseren moeten hier in elkaar overlopen.”

Begin 2015 zal in een andere vleugel van hetzelfde gebouw nog een tweede lab worden geopend: QuTech. Dit lab zal zich richten op toepassingen van de fundamentele onderzoeksresultaten uit het QC-Lab. Zoals dus die quantumcomputer. Delftse bedrijven en multinationals als Microsoft doen er aan mee. Hoogleraren en studenten van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica zullen er hun expertise inzetten om de fundamentele vondsten naar de praktijk te vertalen.

Kouwenhoven zelf kijkt weer strategisch vooruit. „Ik loop vast te denken wie QuTech officieel kan openen”, zegt hij. „Ik denk aan eurocommissaris Neelie Kroes. In Nederland en van het ministerie van Economische Zaken krijgen we nu genoeg steun. Het lijkt me goed om ook contacten in Europa te leggen.”

En zeker, beaamt hij, zijn werk is de laatste jaren veelomvattender geworden dan het begeleiden en aansturen van medewerkers. Spannender ook.

Tien jaar geleden werkte Kouwenhoven nog aan de mesoscopische fysica – aan structuren op de micrometerschaal zoals draaideurtjes die elektronen laten passeren. „Interessant, maar je wist: dit heeft geen grote gevolgen. Terwijl, wat we nu doen: dat komt in de boeken. Het kan de mensheid veranderen. Het doet ertoe.”

Het maakt zijn leven als onderzoeker behalve spannender óók simpeler. „Het is fijn als je wat te bieden hebt. Je kunt zo veel gemakkelijker samenwerking zoeken.” En hoeveel eenvoudiger is het nu om onderzoekssubsidies te krijgen. Al is het maar omdat „onderzoeksfinancier NWO onze resultaten natuurlijk graag in haar jaarverslag wil zien staan.”

Icoonproject

Denkt hij dan nooit: waar ben ik aan begonnen? Hij vertelt het allemaal zo onderkoeld, alsof het vanzelf spreekt. Maar veel geld stroomt binnen wegens de belofte van een werkende quantumcomputer, zo rond 2025. En zijn onderzoek is pril...

De vraag levert weer een peilende, nadenkende blik op. „Kijk naar het succes van icoonprojecten uit het verleden. Neem het Manhattanproject bijvoorbeeld, dat tot de atoombom op Hiroshima leidde.” Met een ironische blik: „Nu ga je toch niet opschrijven dat ik die bom een succes vindt? Of denk aan het Man-on-the-Moon-project, de ontrafeling van het menselijk genoom, de speurtocht naar het Higgsdeeltje. Mensen kunnen veel meer dan ze denken - als ze zichzelf een doel stellen. ”

Én als ze durven. „De mensheid gaat een quantumcomputer bouwen, daarvan ben ik overtuigd. En ja, je kunt wachten tot we meer zekerheid hebben over methodes en technieken. Alleen: dan weet je óók zeker, dat anderen erop zullen duiken.”

„Wil je zeker zijn over je eigen leidende rol, dan moet je vroeg beginnen. Nú hebben de quantumonderzoekers in Delft, niet alleen ik, een voorsprong. Er is hier een ‘ecosysteem’ van onderzoekers met inzichten en technieken die anderen niet hebben. Dat kunnen we met relatief kleine investeringen uitbouwen.”

Ofwel: De ontwikkeling van de quantumcomputer kan ook een icoonproject worden – met een Nederlands stempel. Hij kijkt naar de grassprietjes. Denkt. Lacht wat. „Ik bedenk dit niet allemaal alleen”, zegt hij dan. Als voorbeeld vertelt hij over een gesprek dat hij had met een voormalig directeur van het fameuze Amerikaanse Bell Labs. „Die had heel wat onderzoeksprojecten zien opkomen, en soms ondergaan, en dit quantumcomputerproject vond hij echt niet het gekste wat hij ooit gehoord had.” Licht spottend: „Dat vond ik bemoedigend.”

Bovendien, als het met Majorana’s niet lukt, zijn er andere qubit-kandidaten. „Het QC-lab bestaat niet alleen uit mijn groep. De Delftse groepen van Lieven Vandersypen en Leo Di Carlo doen mee, en zij staan aan de voorhoede van het onderzoek naar meer conventionele typen quantumbits. En dan is er nog de groep van Ronald Hanson, expert in quantumteleportatie en -netwerken. Het is een groot team.”

Wall Street Journal

Twee maanden later, op 2 oktober, krijg ik een mail. ‘Volg je het nieuws?’

Vandaag tekent minister Henk Kamp van EZ het innovatiecontract voor de komende jaren. De overheid zal jaarlijks 4 miljoen euro in QuTech steken, deels via innovatie-instelling TNO, en de TU Delft doet daar jaarlijks 5 miljoen bij. Het telt op bij de 15 miljoen euro die de Delftse quantumexperts eerder van de EU kregen en bij de bijdragen die zij van bedrijven en van NWO verwachten. ‘Dutch University to Build First Quantum Computer’, kopt de Wall Street Journal.

Krap twee weken later, op 14 oktober, hebben we elkaar weer aan de lijn. „Ik zit op een stoeltje bij een pashokje,” meldt Kouwenhoven. Hij is in Londen met zijn vrouw en twee zoons die aan het shoppen zijn. We spreken over de publicatie die dit weekend verschijnt in Nature Nanotechnology. Met de groep van Erik Bakkers uit Eindhoven beschrijft Kouwenhoven daarin – in grote lijnen – hoe ze kruispunten van nanodraadjes hebben gemaakt.

De enkele nanodraadjes, waarin de kandidaat-Majorana’s vorig jaar opdoken, geven ze inmiddels weg aan onderzoekers wereldwijd, vertelt Kouwenhoven. Maar de details van de nieuwe kruispunten blijven geheim, want die vormen de basis van de circuitjes waarin je met Majorana’s kunt goochelen. De opmaat voor de „killer-experimenten” die dat doorslaggevende bewijs voor de Majorana’s moeten geven dus.

Boegbeeld

Op 18 november, zien we elkaar nog een keer in levende lijve. In zijn ruime witgeverfde huis in Den Haag zet Kouwenhoven koffie, terwijl zijn witte kat nieuwsgierig ronddrentelt. Kouwenhoven ziet er moe uit. Nog een maand, dan wordt op 18 december het QC-Lab geopend. Met een feestje voor medewerkers. „Geen bobo’s en we gaan niet over het werk praten.”

En ja, zegt hij, het zal best dat collega’s elders in het land wel eens met scheve ogen kijken naar al het geld dat nu naar de quantumexperts in Delft toestroomt. Schouderophalend: „Zo gaat het. Het zwaartepunt ligt nu hier en dan daar.”

Zijn naaste collega’s hebben er geen problemen mee, en nee, ook niet met het feit dat Kouwenhoven hét boegbeeld van de quantumcomputer is geworden. „Dat is niet iets persoonlijks. Het is zoals bij de grote Cern-experimenten waarmee fysici op het Higgsdeeltje joegen. In zulke projecten maak je je ego ondergeschikt aan het doel. Dat toevallig één iemand de woordvoerder is, hoort erbij.”

Hij heeft nog steeds geen nacht wakker gelegen van het project, zegt hij verder. „Ik heb een eerlijk verhaal. Met steeds een bijsluiter erbij over alle onzekerheden. Bovendien: tot nu toe hebben we meer geleverd dan we beloofd hadden.”

    • Margriet van der Heijden