Ontdekkingen die kwantumcomputers mogelijk maakten winnen Nobelprijs voor de Natuurkunde

Drie pioniers geëerd voor het aantonen van kwantumeffecten op een chip

Op 7 oktober 2025 kende de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen de Nobelprijs voor de Natuurkunde toe aan John Clarke, Michel H. Devoret en John M. Martinis voor experimenten die de kwantummechanica uit het atomaire domein en naar macroscopische elektrische circuits brachten — een doorbraak die de basis vormt voor de huidige supergeleidende qubits en een groot deel van de moderne kwantumcomputerindustrie. (nobelprize.org)

Waarom deze prijs belangrijk is

Kwantummechanica beheerst zoals bekend atomen, elektronen en fotonen. Decennialang was het een open vraag hoe groot een systeem kon zijn en toch echt kwantumgedrag kon vertonen, zoals het tunnelen tussen klassiek verboden toestanden of het bezitten van discrete, gekwantiseerde energieniveaus. Het Nobelcomité erkende een reeks experimenten uit de jaren 80 die deze effecten aantoonden in een elektrisch circuit dat groot genoeg was om in de hand te houden — een beslissende stap om kwantumfenomenen bruikbaar te maken in technisch ontworpen apparaten. (nobelprize.org)

Wat de laureaten daadwerkelijk hebben gedaan

Het trio voerde metingen uit aan circuits die waren gebouwd rond een Josephson-overgang, een dunne isolerende laag ingeklemd tussen supergeleiders. Wanneer ze worden afgekoeld tot millikelvin-temperaturen, ondersteunen deze apparaten collectieve vrijheidsgraden — in wezen circuitvariabelen — die zich gedragen als kwantumdeeltjes. De experimenten toonden aan dat het circuit kon tunnelen van een toestand met nulspanning naar een toestand met een eindige spanning en dat dezelfde apparaten microgolven alleen absorbeerden bij discrete energieën, wat gekwantiseerde niveaus onthulde. Deze waarnemingen stelden vast dat macroscopische elektrische circuits dezelfde kwantumregels kunnen volgen waarvan men ooit dacht dat ze beperkt waren tot atomen. (sciencenews.org)

Van laboratoriumcuriositeit naar qubits

Die sprong van demonstratie naar toepassing is wat het werk zo van groot belang maakt. Dezelfde natuurkunde die in de experimenten met de Josephson-overgang werd benut, vormt de basis voor supergeleidende qubits, de kleine op circuits gebaseerde kwantumbits die door veel onderzoeksgroepen en bedrijven worden gebruikt. Supergeleidende qubits coderen kwantuminformatie in collectieve elektrische variabelen van een circuit; ze vertrouwen op het vermogen om discrete energieniveaus te creëren en te controleren, en om coherente superposities lang genoeg te behouden om berekeningen uit te voeren. Kortom, de laureaten zetten een conceptuele mogelijkheid om in praktische hardwareprincipes. (nobelprize.org)

Paden door de decennia heen

Na de eerste waarnemingen evolueerde het vakgebied door gestage verfijningen: betere materialen, verbeterde fabricage en ingenieuze circuitontwerpen die de coherentietijden verlengden en twee-qubit-poorten mogelijk maakten. John Martinis bleef een centrale figuur in de praktische ontwikkeling van supergeleidende kwantumprocessoren en leidde later een veelbesproken poging om 'kwantumvoordeel' aan te tonen — het punt waarop een kwantumapparaat een taak uitvoert die buiten het bereik van klassieke supercomputers ligt. Michel Devoret bleef de grens tussen fundamentele experimenten en technische kwantumhardware verleggen en droeg bij aan technieken voor het besturen en meten van supergeleidende circuits. John Clarkes vroege precisie-experimenten en detectorontwikkeling beïnvloedden eveneens het traject van het vakgebied. Samen overspannen hun bijdragen het gebied van de fundamentele natuurkunde tot technologieën die nu in commerciële ontwikkeling zijn. (sciencenews.org)

De huidige stand van zaken in de kwantumcomputing

Supergeleidende qubits zijn een van de verschillende toonaangevende hardwarebenaderingen. Ze hebben steeds complexere algoritmen gedemonstreerd, evenals verstrengeling over tientallen qubits en gerichte demonstraties van rekentaken die moeilijk zijn voor klassieke machines. Toch blijven er aanzienlijke obstakels: de huidige apparaten zijn ruisgevoelig, het aantal qubits moet met ordes van grootte toenemen en foutcorrectie zal noodzakelijk zijn om veel nuttige toepassingen betrouwbaar uit te voeren. De door de Nobelprijs erkende ontdekkingen vestigden het hardwareparadigma, maar het schalen van die hardware naar fouttolerante kwantumcomputers voor algemeen gebruik is een technische en wetenschappelijke uitdaging die nog volop in ontwikkeling is. (theguardian.com)

Bredere impact: sensoren, cryptografie en meer

Naast berekeningen hebben de technieken die uit deze experimenten zijn voortgekomen ultragevoelige detectoren en sensoren mogelijk gemaakt — bijvoorbeeld supergeleidende apparaten die minuscule magnetische velden detecteren, met toepassingen van fundamentele natuurkunde tot medische beeldvorming. De opkomst van kwantumprocessoren heeft ook de aandacht gevestigd op cybersecurity: krachtige kwantummachines zouden op een dag conventionele publieke-sleutel-encryptie kunnen bedreigen, wat wereldwijd werk aan kwantumresistente cryptografie versnelt. De Nobelprijs-citatie vermeldde expliciet dat de ontdekkingen van de laureaten kansen boden voor kwantumcryptografie, sensoren en computers. (nobelprize.org)

Wat de prijs zegt over het vakgebied

Een Nobelprijs erkent niet alleen een ontdekking, maar ook de betekenis ervan op de lange termijn. Het toekennen van de prijs voor macroscopische kwantumtunneling bevestigt dat de overgang van fundamentele nieuwsgierigheid naar een technologisch platform — dat nu vrucht afwerpt in laboratoria en start-ups wereldwijd — een van de bepalende wetenschappelijke ontwikkelingen van de late 20e en vroege 21e eeuw is. Het besluit benadrukt ook hoe vooruitgang in experimentele controle en cryogene techniek de mogelijkheden in de kwantumwetenschap hebben hervormd. (nobelprize.org)

Resterende vragen en de weg voorwaarts

Zelfs met de erkenning door de Nobelprijs is het vakgebied nog lang niet volwassen. Belangrijke onderzoeksgebieden zijn onder meer het verbeteren van coherentietijden, het ontwerpen van schaalbare en efficiënte foutcorrectieschema's, het verfijnen van materialen en fabricage om verlies en ruis te verminderen, en het vinden van doorslaggevende toepassingen waarbij kwantumprocessoren op economisch zinvolle manieren beter presteren dan klassieke alternatieven. De vooruitgang versnelt, maar het vertalen van de natuurkunde in een Josephson-overgang naar wijdverbreide, fouttolerante kwantumcomputing zal aanhoudende inspanning vereisen in de academische wereld, de industrie en nationale laboratoria.

Tot slot

De Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2025 viert een reeks experimenten die het kader van de kwantummechanica veranderden van een abstracte theorie over de microscopische wereld naar een technologisch platform dat kan worden ontworpen, geschaald en vercommercialiseerd. Die verschuiving — het aantonen van kwantumtunneling en gekwantiseerde energie in circuits die je kunt vasthouden — is een van de hoekstenen van het hedendaagse kwantumsysteem. Terwijl onderzoekers de volgende reeks technische problemen aanpakken, zal het werk van de laureaten een fundamenteel hoofdstuk blijven in het verhaal van hoe de kwantumfysica verschoof van gedachte-experiment naar apparaat.