Een strategisch grondstofbeleid: ook essentieel bij quantumtechnologie

Quantumtechnologie is een opkomende, strategische technologie met toepassingen in zowel het civiele- als militaire domein. Dit omvat naast quantumcomputers ook quantumcommunicatienetwerken en -sensoren, en de verwachting is dat deze technologie een significante maatschappelijke impact zal hebben.

Naast de complexiteit die de ontwikkeling van de technologie zelf met zich meebrengt, is het belangrijk om ook aandacht te hebben voor de overkoepelende strategische vraagstukken.

Hoe zorgen we er bijvoorbeeld als EU voor dat we koploper blijven op het gebied van innovatie? En waar komen de belangrijkste onderdelen en materialen vandaan die we in Nederland nodig hebben om quantumtechnologiesystemen te ontwikkelen?

Het strategische belang van quantumtechnologie en alle uitdagingen die er qua grondstoffenbeleid bij komen kijken, maakt het bij uitstek een onderwerp waar de experts TNO Vector graag wat dieper induiken om tot nieuwe inzichten te komen.

Wachten op een doorbraak

Door de geopolitieke spanningen in de wereld is er binnen Europa veel meer aandacht voor het strategische belang van disruptieve technologieën. En quantumtechnologie is een van de vier technologiegebieden die de Europese Commissie afgelopen oktober als ‘kritiek’ heeft aangemerkt.

In de huidige R&D-fase zijn er nog maar weinig grondstoffen nodig om in de behoefte van quantumonderzoekers te voorzien. “Maar dat plaatje kan er in de toekomst totaal anders uitzien”, benadrukt Julian Rabbie, consultant Quantumtechnologie bij TNO Vector.

“Als er een doorbraak komt, zal de vraag naar de materialen die voor dat type quantumsysteem nodig zijn razendsnel kunnen stijgen. Mogelijke bottlenecks zullen zich dan waarschijnlijk vooral vormen rondom bepaalde specifieke isotopen en halffabricaten, en dus niet rondom de ruwe grondstoffen an sich.”

Nog veel onzekerheid

Om welke materialen het dan precies zal gaan? Dat is volgens Rabbie op dit moment nog heel lastig te voorspellen. “Er zijn verschillende manieren om quantumtechnologiesystemen te maken, waarbij het nog niet duidelijk is welk platform straks de winnaar wordt. Dat brengt dus onzekerheid met zich mee.

Vandaar ook dat we in onze inventarisatie de belangrijkste materialen hebben meegenomen voor de verschillende technologieën waar onderzoekers in het Nederlandse quantumecosysteem aan werken. We hebben dus met een brede blik gekeken.”

In gesprek met de experts

Grote uitdaging bij de inventarisatie: er is nauwelijks (kwantitatieve) informatie beschikbaar over de grondstoffen en halffabricaten die nodig zijn bij experimenten op het vlak van quantumtechnologie.

“Er waren alleen onderzoeken die het onderwerp slechts kort aanstipten”, weet Rabbie. “Dat betekende dat we in gesprek moesten met experts die zelf de experimenten doen. Dankzij het netwerk van Quantum Delta NL hadden we toegang tot de juiste mensen die bereid waren om deze informatie met ons te delen. Zonder deze experts hadden we niet het huidige niveau van diepgang kunnen bereiken.”

Focus op technische aspecten

Tijdens de gesprekken met experts werd al snel duidelijk dat zij zelf niet altijd bezig zijn met de toekomstige beschikbaarheid van bepaalde materialen.

Quantumtechnologie is dusdanig ingewikkeld dat het al een enorme opgave is om in een laboratoriumopstelling kleine deeltjes (qubits) op het juiste moment het bijzondere gedrag te laten vertonen (superpositie en verstrengeling), dat bijvoorbeeld nodig is om complexe berekeningen uit te voeren. En dan helpt het niet als zij zichzelf bij experimenten ook nog eens qua grondstoffen beperkingen opleggen.

Anticiperen op de volgende stap

Rabbie snapt die focus van experts heel goed. “Het is sowieso al een wonder dat er zoiets bijzonders als quantumtechnologie mogelijk is. En in dit stadium van onderzoek kan het belemmerend zijn als de experts ook meteen al rekening moeten houden met waar de voor de experimenten benodigde materialen vandaan komen.

Maar als we ons richten op de toekomst is het erg belangrijk dat we ons hier wel bewust van zijn. Daarom is het ook zo belangrijk om de benodigde materialen in beeld te hebben en daarbij aan te geven wat in de toekomst mogelijke knelpunten kunnen worden, zodat er nog tijd is om daar strategisch en proactief op in te spelen.

Een soortgelijke analyse hebben we eerder ook gedaan voor de hardwarecomponenten die nodig zijn voor quantum computing en quantumcommunicatie, en later dit jaar ook voor quantum sensing. Als Europa moeten we voorkomen dat we straks op het vlak van quantumtechnologie vertraging oplopen omdat we niet snel genoeg aan de essentiële onderdelen en materialen kunnen komen.”

Bottleneck

Zoals gezegd, zijn er voor de huidige experimenten weliswaar meer dan genoeg materialen beschikbaar, maar zou dat snel kunnen veranderen als er een doorbraak komt en een specifieke quantumtechnologie zich leent voor massaproductie. Die waarschuwing staat dan ook nadrukkelijk in het rapport dat na de inventarisatie werd gepubliceerd, en waar Rabbie een van de auteurs van is.

“Als voorbeeld noemen we helium-3. Dat is een isotoop dat een natuurlijk bijproduct is bij de productie van bepaalde kernwapens en dat bijvoorbeeld ook wordt gebruikt voor medische doeleinden. Afnemers zullen dus niet alleen met grote prijsschommelingen te maken hebben, maar ook rekening moeten houden met een beperkter aanbod door geopolitieke spanningen. Dat vormt dus echt een potentiële bottleneck. Verder heeft onze inventarisatie duidelijk gemaakt dat we voor veel ruwe grondstoffen die voor quantumtechnologie worden gebruikt afhankelijk zijn van een beperkt aantal landen, en dan met name van China.”

Positieve geluiden uit Brussel

De Europese Commissie heeft veel aandacht voor de beschikbaarheid van grondstoffen. Sterker nog: er wordt momenteel gewerkt aan een risico-inventarisatie voor een aantal kritieke technologieën, waarbij ook de grondstoffen voor quantumtechnologie aan bod komen. Rabbie: “We kregen vanuit Brussel te horen dat we in Nederland koploper zijn op dat vlak.

Binnen de Europese Unie zijn wij de eersten die op basis van interviews met experts al zo concreet kunnen aangeven waar we staan en waar de risico’s zich bevinden. En dat helpt om de grondstofproblematiek wat scherper in beeld te krijgen.

Een logische vervolgstap zou zijn om op EU-niveau zo’n inventarisatie te doen, wat eerder ook is gedaan op basis van onze methodologie voor de inventarisatie van kritische hardwarecomponenten. Het onderwerp staat in ieder geval hoog op de beleidsagenda, dus het lijkt de goede kant op te gaan.”

Tot slot wil Rabbie nog benadrukken dat de inventarisatie precies in het straatje van TNO Vector past. “Het gaat niet alleen om het technologisch perspectief, maar echt om het overkoepelende beeld, waarbij je ook naar beleidsvraagstukken en geopolitieke ontwikkelingen moet kijken.

Daarbij is het heel prettig dat we binnen TNO veel experts op verschillende vakgebieden hebben. Dat maakt het mogelijk om een collega tegen te komen die expert is op het gebied van grondstoffen of toeleveringsketens, en diegene een vraag te stellen en te sparren.

Maar de grootste sprong konden we toch wel maken dankzij de interviews met verschillende quantumtechnologie-experts die, zowel binnen als buiten TNO, daadwerkelijk de technologie ontwikkelen. Zonder hen was dit niet gelukt!”