VTEC's ‘Quspads’ willen kwantumtechnologie uit de vriezer halen

Tijdens het evenement Blue Magic Netherlands, tussen defensiegiganten, dronespotters en satellietinnovators, kwam een van de meest radicale ideeën op het podium uit een compact fotonica-lab in Eindhoven. VTEC Lasers & Sensors, regionaal bekend om zijn diepgaande kennis van halfgeleiders, presenteerde iets dat bedrieglijk klein is: een detector die individuele fotonen, de kleinste lichtdeeltjes, kan ‘zien’.

Maar zoals CBO Congli Dong duidelijk maakte, was dit niet zomaar een volgende stap in de fotonica. Het is een poging om de economie en de bruikbaarheid van kwantumtechnologieën te herschrijven. VTEC is een Eindhovens bedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwerpen en produceren van fotonische chips en apparaten. "Maar vandaag presenteer ik niet het bedrijf”, begon Congli. “Ik presenteer het Quspads-project.”

Quspads zijn efficiënte single-photon avalanche detectors (SPAD's). Deze apparaten vormen de kern van quantumcomputing, quantumcommunicatie, geavanceerde LiDAR en biomedische beeldvorming. Hun taak is eenvoudig te beschrijven, maar notoir moeilijk uit te voeren: ze moeten één enkel foton detecteren en omzetten in een elektrisch signaal zonder ruis, fouten of warmte te veroorzaken.

Jarenlang was de gouden standaard de supergeleidende nanodraad-detector voor één foton (SNSPD) – een apparaat dat zo gevoelig is dat het bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt moet werken. Dat betekent cryogene koelkasten, oversized infrastructuur en energierekeningen die alleen grote onderzoekslaboratoria of nationale kwantumprogramma's kunnen rechtvaardigen.

Congli citeerde klanten openhartig: “Het is niet langer houdbaar om deze detectoren te blijven gebruiken. Ze zijn duur, omvangrijk en complex.”

Serie

Blue Magic Netherlands

Lees hier alle artikelen over het Blue Magic Netherlands event, gericht op innovatie in de defensie-industrie.

Bekijk serie

Quantum zonder koelkast

Het antwoord van VTEC is de Quspad: een detector die is gebouwd op indiumfosfide-chiptechnologie en die bij kamertemperatuur werkt, zonder dat cryogene koeling nodig is. “Ons apparaat kan bij veel hogere temperaturen werken, zelfs bij kamertemperatuur”, aldus Congli. “Dat maakt het energiezuiniger, compacter en veel goedkoper.”

In cijfers zijn de beweerde verbeteringen opvallend: 10 keer lagere kosten, 30 keer kleiner formaat en 10 keer lager stroomverbruik.

Dit is niet alleen een prestatieargument, maar ook een argument om het apparaat in gebruik te nemen, aldus Congli. Startups op het gebied van quantumcomputing, nationale laboratoria en fotonica-bedrijven worden herhaaldelijk geconfronteerd met dezelfde bottleneck: de supergeleidende detectoren waarop ze vertrouwen, behoren tot de duurste en meest beperkende componenten in de hele optische keten.

Als de detector van VTEC een vergelijkbare fotondetectie-efficiëntie en lage dark-count rates biedt (twee parameters die zelden in één apparaat samengaan), kan het bedrijf zich positioneren om veel grotere markten aan te boren. “Bestaande enkelvoudige foton-lawinedetectoren kunnen niet beide”, legt Dong uit. “Ofwel is de efficiëntie hoog, maar is de ruis verschrikkelijk, ofwel is het omgekeerde het geval. Ons ontwerp is erop gericht het beste van beide te combineren.”

Qongli Dong, VTEC © Nadia ten Wolde

Markten van drie miljard euro

Het apparaat dat licht omzet in digitale informatie, heeft toepassingen in drie snelgroeiende sectoren:

1. Quantumcomputers: het directe doel. Elke optisch verzonden qubit heeft een detector nodig om te worden uitgelezen. “Dit is onze eerste toepassing”, zegt Congli. “Quantumcomputers hebben overal in de signaalketen fotondetectoren nodig.”

2. LiDAR: hier zou de gevoeligheid van de Quspad letterlijk kunnen schitteren. De huidige LiDAR voor auto's werkt op kortere golflengten en heeft moeite met bereik, mist en zwakke reflecties. “Wij kunnen zeer zwak licht op grote afstand detecteren”, merkte Congli op. Dat zou kunnen leiden tot veiligere autonome voertuigen of langeafstandssensoren voor defensiedoeleinden.

3. Quantum Key Distribution (QKD): Veilige communicatie met behulp van kwantumtoestanden van licht wordt een prioriteit voor de nationale veiligheid. “Je hebt de detector nodig om het foton met de versleutelde sleutel te vangen”, aldus Congli. Als er mee geknoeid wordt, stort het signaal in, waardoor afluisteraars worden ontmaskerd.

Samen zullen deze markten naar verwachting in 2028 een omvang van 6 miljard euro bereiken en in 2030 10 miljard euro.

Een volledige fotonica-stack in eigen huis

Een van de grote voordelen van VTEC is verticale integratie. Van chipontwerp tot lithografie en verpakking, alle stappen worden in eigen huis uitgevoerd. “Hierdoor kunnen we de ontwikkelingscyclus verkorten”, aldus Congli. “We hebben volledige controle over het proces.”

Het team achter het werk bestaat uit voormalige senior engineers van toonaangevende fotonica-bedrijven uit het Nederlandse fotonica-ecosysteem. Ondersteuning komt van EU-financiering, het Quantum Delta NL-ecosysteem, TU/e cleanroomfaciliteiten en meerdere industriële partners.

VTEC heeft al prototypes van wafers laten fabriceren en testen. De commerciële roadmap is eveneens concreet:

• 2026: geavanceerde optimalisatie met pilotklanten
• 2028: eerste commerciële detector voor quantumcomputing
• 2029: volledige lancering, gevolgd door uitbreiding naar LiDAR en QKD

Om de overstap te maken van prototypes naar pilotproductie, is VTEC op zoek naar investeringen om de kloof tussen prototypes en pilotproductie te overbruggen en de uiteindelijke opschaling van de productie mogelijk te maken. Als dit lukt, verwacht VTEC in het vijfde jaar een omzet van 140 miljoen euro, voornamelijk uit quantummarkten.

Een kleine detector met impact op systeemniveau

De Quspad is geen opvallende hardware. Het is een onderdeel, een bouwsteen. Maar net als bij halfgeleiders in de jaren 80 of CMOS-sensoren in de jaren 2000, creëren disruptieve componenten hele industrieën. Een wereld waarin kwantumcomputers draaien zonder cryogene overhead, waarin LiDAR met een groot bereik door mist heen werkt, waarin veilige wereldwijde kwantumcommunicatie praktisch wordt, dat alles begint met het betrouwbaar detecteren van één foton, op schaal, zonder vriezer. “Dit is inderdaad een zeer nicheproduct”, erkende Congli tijdens de vraag-en-antwoordsessie. “Maar het is noodzakelijk voor bijna alle kwantumapparaten. En we hebben de chip al beschikbaar.”

Bij Blue Magic Netherlands, waar defensie, innovatie voor tweeërlei gebruik en deep tech samenkwamen, voelde de pitch van VTEC als een stille revolutie: geen futuristische machine, maar de kleine sensor die kwantumtechnologie eindelijk vrij zou kunnen maken.