Hila Safi | Uitvinder van het Jaar | PhD
Kwantumcomputers beloven problemen op te lossen die klassieke computers gewoon niet aankunnen. In theorie. In de praktijk zijn ze echter ongelooflijk delicaat: een passerende vrachtwagen, een plotseling gezoem van de airconditioning of zelfs als er een lamp aangaat in een aangrenzende ruimte kan ervoor zorgen dat het systeem gevoelig reageert op veranderingen in de omgeving. Daarom zijn deze apparaten tot nu toe beperkt gebleven tot zeer gespecialiseerde laboratoria, afgeschermd zoals patiënten op de intensive care. Voor bedrijven die kwantumcomputers willen integreren in productieve omgevingen is dit een grote uitdaging.
Hila Safi heeft samen met haar collega's een baanbrekende oplossing gevonden voor dit probleem, waarmee ze de Inventor of the Year Award 2025 heeft gewonnen in de categorie „PhD”. Hun innovatie is een digital twin ontworpen om precies te simuleren hoe een kwantumcomputer zou functioneren en zou worden geïntegreerd in een typische industriële omgeving. „Met deze digital twin kunnen we kwantumcomputers in echte omgevingen bedienen — veilig, stabiel en betrouwbaar”, legt de promovendus aan de Regensburg University of Applied Sciences uit.
Kwantumcomputers zijn afhankelijk van qubits — de fundamentele kwantummechanische eenheden van informatie. Een qubit vertegenwoordigt de toestand van een fysiek systeem, dat fungeert als informatiedrager en gebruikmaakt van kwantumfenomenen zoals superpositie en verstrengeling.
Deze fysieke toestanden zijn buitengewoon kwetsbaar. Zelfs minimale verstoringen, zoals elektromagnetische velden of subtiele veranderingen in de kamerstructuur, kunnen berekeningen verstoren. Hoewel ze beheersbaar zijn in een gecontroleerde laboratoriumomgeving, vormen deze factoren een grote uitdaging op een fabrieksvloer.
„De betrouwbare werking van een kwantumcomputer hangt echt af van de omgeving”, legt Safi uit. „Zelfs kleine trillingen of temperatuurschommelingen kunnen fouten veroorzaken. Daarom is het zo belangrijk om deze effecten in een vroeg stadium te simuleren en te begrijpen.” Tot nu toe vond de industrie kwantumsystemen niet betrouwbaar genoeg. Zonder sterke en voorspelbare resultaten is het gebruik ervan in het bedrijfsleven te riskant. Veel vragen over waar ze moeten worden geplaatst, hoe stabiel ze zullen zijn en hoe nuttig ze in het algemeen zijn, maken het moeilijk voor bedrijven om te beslissen of en waar ze willen investeren.
Dit is precies waar Safi's innovatieve digital twin een doorbraak biedt. Het repliceert virtueel een kwantumcomputer en de daarvoor bestemde besturingsomgeving vóór de fysieke installatie. Het model integreert gegevens van omgevingssensoren, foutstatistieken en simulaties van potentiële interferentiebronnen met de bekende hardwarekenmerken.
Met deze proactieve aanpak kunnen cruciale vragen vooraf worden beantwoord: kan de kwantumcomputer effectief functioneren in de industriële omgeving? Welke soorten fouten worden verwacht? Hoe sterk zouden ze de computerkwaliteit verminderen? En welke maatregelen, zoals verbeterde afscherming, alternatieve plaatsing of adaptieve kalibratie, zijn nodig om het systeem te stabiliseren?
Denk bijvoorbeeld aan een productiehal waar transportrobots worden gebruikt, fabrieken trillingen genereren en hoogspanningsleidingen elektromagnetische interferentievelden creëren. De digital twin simuleert de precieze invloed van deze factoren op de qubitstabiliteit en laat zien waar foutenpercentages aanvaardbaar zouden zijn en, cruciaal, waar niet. Bovendien blijft de tweeling actief tijdens het gebruik: als de omgeving verandert als gevolg van structurele wijzigingen of de introductie van nieuwe machines, zullen sensoren deze veranderingen detecteren en de mogelijke impact ervan beoordelen.
Dankzij de digital twin beschikken bedrijven eindelijk over betrouwbare gegevens als leidraad voor hun beslissingen over industriële kwantumcomputing. Ze kunnen nu de risico's volledig inschatten voordat ze veel geld investeren en duidelijk begrijpen wat er nodig is om het systeem stabiel te laten werken.
Zoals Safi uitlegt: „In mijn onderzoek onderzoek ik de gezamenlijke ontwikkeling van kwantumalgoritmen en hardware om complexe optimalisatie- en industriële uitdagingen aan te pakken die voor klassieke methoden onhandelbaar of zeer inefficiënt zijn. Dit omvat het identificeren van probleemklassen die bij uitstek geschikt zijn voor kwantumcomputers en de ontwikkeling van efficiënte modelleringsmethoden.”
Haar digital twin overbrugt effectief de kritieke kloof tussen theoretisch onderzoek en praktische toepassing. Om kwantumcomputers succesvol uit gespecialiseerde laboratoria over te zetten naar echte industriële omgevingen, moeten ze net zo stabiel, schaalbaar en betrouwbaar worden als de IT-systemen die we dagelijks gebruiken.
Hila Safi | Uitvinder van het Jaar | PhD