Hogescholen brengen quantumtechnologie naar maatschappij

Dit laatste benadrukte Jetske Verkerk, MT-lid Kennis & Innovatie bij het Ministerie van Economische Zaken onlangs bij de Hogeschool van Amsterdam, tijdens een symposium over nano-, quantumtechnologie en fotonica. 

We staan aan de vooravond van een grote omslag, zo schetste Verkerk. Net zoals de mobiele telefoon de samenleving ingrijpend heeft veranderd, zoals nauwelijks voorzien was, staat ons nu een soortgelijke revolutie te wachten.

Prioriteit voor Nederland en Europa

Deze technologieën gaan onze manier van wonen, werken en innoveren compleet veranderen. Nederland en Europa voorzien dit, en willen daarom koploper worden op het gebied van quantumtechnologie en fotonica, benadrukt Verkerk.

Quantumtechnologie en fotonica zijn dan ook aangemerkt als prioriteiten in de Nationale Technologiestrategie. Ook in Europees verband wordt volop hierin geïnvesteerd, via programma’s als Horizon Europe.

Dat vooroplopen lijkt te lukken: Nederland is relatief ver met het ontwikkelen en toepassen van quantumtechnologie. Publiek-private samenwerkingen zijn essentieel om de quantum- en fonotica-revolutie van de grond te krijgen, stelt Verkerk. 

Uitdaging voor Nederland

Maar een uitdaging voor Nederland is de vertaalslag van fundamentele kennis naar start-ups, zegt Verkerk, en uiteindelijk naar maatschappelijke impact. Hogescholen helpen als geen ander om dit gat te dichten. “We hebben meer nodig dan fundamenteel onderzoek. Bedrijven vragen om toegepast onderzoek én talent dat direct al aan de slag kan. Daar zijn hogescholen essentieel in."

We hebben meer nodig dan fundamenteel onderzoek. Bedrijven vragen om toegepast onderzoek, én talent dat hier direct aan de slag kan. Daar zijn hogescholen essentieel in.

Jetske Verkerk

MT-lid Innovatie en Kennis, Ministerie van Economische Zaken

Eerste mogelijkheden nu zichtbaar

"Hogescholen zijn actief op de hogere Technology Readiness Levels(opent in nieuw venster);ze maken nieuwe technologie gereed voor gebruik door bedrijven en de samenleving,” zegt lector Quantumcomputing Marten Teitsma(opent in nieuw venster), die het symposium organiseerde.

Momenteel ontwikkelen hbo-onderzoekers en studenten de eerste, prille oplossingen in Nederland met quantumtechnologie en fotonica. Het hbo werkt hierin samen met start-ups, technische universiteiten en mbo, in stimuleringsprogramma’s zoals Quantum Delta Nederland en PhotonDelta.

Deze veelbelovende projecten tonen wat al mogelijk is met quantumtechnologie en fotonica.

Blaaskanker detecteren

Aan de Haagse Hogeschool wordt gewerkt aan een ‘surface acoustic wave’ sensor, geplaatst op een chip, om prostaat- of blaaskanker te detecteren in urine. Doordat de afbuiging van geluidsgolven op de sensor- hoe minimaal ook- dankzij geavanceerde technologie wordt gemeten (dit gebeurt in reactie op bepaalde biomarkers), zou de kanker hiermee eerder kunnen worden gedetecteerd dan nu mogelijk is.

Dit project, dat lector John Bolte(opent in nieuw venster) uitvoert in samenwerking met TU Delft en het Erasmusziekenhuis, is nog in de onderzoeksfase. Wel bleek dat het prototype van deze sensor het voor 1 op de 10 gevallen duidelijk kon vaststellen dat iemand géén blaas- of prostaatkanker had – wat al een positieve uitkomst was voor het Erasmus, aangezien dit in de toekomst veel consulten kan schelen.

Urine of bloed analyseren met 'fotonische chips'

Aan Hogeschool Saxion (Enschede) werkt lector Applied Nanotechnology Cas Damen aan de inzet van fotonica voor ‘biosensing’. Momenteel zit er veel tijd tussen bloedafname of het inleveren van urine en de analyse daarvan. Het zou helpen als een uitslag binnen 5 minuten bekend is. Daarvoor ontwikkelen de onderzoekers een oplossing, gebaseerd op ‘fotonische chips’. 

Op deze chips zit een biochemisch laagje, dat zich hecht aan deeltjes uit het bloed of de urine. Vervolgens verandert die reactie de optische eigenschappen van de waveguide (lichtgolf-geleider). Momenteel zetten de onderzoekers deze chips in voor het opsporen van een afwijkend insulinelevel, wat een eerdere indicatie van diabetes geeft dan glucoselevels (met RAAK PRO-subsidie).

Een andere toepassing van fotonica is dat de onderzoekers de interne buiging van een katheter meten via de afwijkende reflectie op fotonische chips- iets wat nauwelijks zichtbaar is via MRI.

Nieuwe oplossing voor land- en tuinbouwsector

Dichtbij het Westland, werken onderzoekers en studenten van de Haagse Hogeschool aan photonics-toepassingen voor groente- en fruitteelt in kassen. Onder leiding van lector Photonics Steven van den Berg(opent in nieuw venster) hebben zij een camera ontwikkeld die met ‘spectral imaging’- zeer nauwkeurige analyse van golflengten en kleuren- ziektes in planten in een heel vroeg stadium kan ontdekken.

Hiermee kunnen zij schimmel op rozenbladen, of binnenrot van paprika’s eenvoudig opsporen - iets wat van buitenaf niet zichtbaar is. Deze toepassing, zelfgeprint en -gebouwd (gebaseerd op een zwart-wit camera en diverse kleuren-LED’s) kost 350 euro, terwijl spectraalcamera’s met eenzelfde werking 50.000 euro kosten.

Nederlandse ondergrond en zwarte gaten analyseren

Een toepassing van quantumtechnologie is ‘quantum sensing’, waarbij heel zwakke elektromagnetische velden worden  opgespoord, door verandering op quantumniveau te meten. Dankzij deze technologie wordt het mogelijk om te navigeren zonder GPS, wat steeds vaker nodig is in deze tijd van geopolitieke onrust.

Vanuit de Hogeschool van Amsterdam werkt Marcel van der Horst(opent in nieuw venster) aan een andere toepassing; namelijk het doormeten van de ondergrond, in samenwerking met het bedrijf High Tech Alliance, de haven van Amsterdam en Alliander. Voor de energietransitie moeten nu veel gasleidingen worden weggehaald – wat binnen afzienbare tijd leidt tot 100.000 graafwerkzaamheden per jaar (2030). Van der Horst ontwikkelt met studenten een zeer gevoelig systeem met een (quantum-)magnetometer, die electro-magnetische velden van buizen, leidingen en kabels detecteert.

HvA-onderzoeker Taha Selim (ook betrokken bij de master Applied Quantum Computing) gebruikt Quantum Machine Learning om het gedrag van metaal ionen in heet plasma, dat voorkomt rond zwarte gaten in het heelal, beter te begrijpen. Hij ontwikkelt modellen die dit gedrag voorspellen, met behulp van sensoren op satellieten.

Studenten leren nieuwe werkwijze

Juist omdat deze nieuwe technologieën ook heel nieuwe manieren van werken vragen, nemen hogescholen studenten volop mee in de ontwikkelingen. Zo gaat volgend jaar de nieuwe master Applied Quantumcomputing(opent in nieuw venster)van start, een samenwerking tussen Fontys, Saxion, de HvA en de Haagse Hogeschool.

Docent-onderzoeker Tjeerd Bollmann betrekt studenten bij onderzoek naar quantumdeeltjes in diamanten (die gevormd zijn door een NV-centrum- een combinatie van een stikstofatoom met gat, waarmee extreem zwakke magneetvelden gemeten kunnen worden). In een eenvoudige opstelling kunnen zij met behulp van rode fluorescentie de staat van qubits bepalen (de kleine deeltjes waarmee een quantumcomputer werkt).

Nieuw talent is keihard nodig

De sleuteltechnologieën zijn tot slot hard nodig vanwege de enorme CO2-uitstoot wereldwijd. Een nieuwe oplossing om datacenters flink zuiniger te maken, is ‘integrated photonics’- door informatie te versturen via licht in plaats van elektronen, kunnen chips veel efficiënter data verwerken.

Maar ook hier draait het niet alleen om de ontwikkeling van deze technologie, maar om de hele keten eromheen: van testen, slim en goed verpakken tot werken in ‘clean rooms’.

Uiteindelijk is human capital daarom het meest van alles nodig, benadrukte ook spreker Oded Raz van PhotonDelta tijdens het symposium. Hogescholen en praktijkgericht onderzoek blijven onmisbaar om de talentkloof in fotonica, nano- én quantumtechnologie te dichten.

Studenten leren ook werken in gespecialiseerde omgevingen zoals cleanrooms (nodig voor de nauwkeurige fabricage van nanostructuren) en donkere ruimtes, essentieel voor lichtgevoelige metingen binnen de fotonica en quantumtechnologie. Beeld: Quantum Talent & Learning Centres