Onderzoekers van QuTech hebben, in een door Fujitsu gefinancierd project, ’s werelds eerste cryogene besturingschip gedemonstreerd die zowel elektron- als kernspins in diamantgebaseerde qubits direct kan aansturen.
De innovatie combineert een cryo-CMOS system-on-chip met zogeheten nitrogen-vacancy (NV)-centra in diamant en vormt een belangrijke stap richting schaalbare quantumcomputers met hoge betrouwbaarheid. De resultaten worden gepresenteerd tijdens de IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) in februari 2026.
Elektronica naar de kou
NV-centra gelden als een veelbelovend qubitplatform dankzij snelle controle van elektronspins en uiterst stabiele kernspin-geheugens. Tot nu toe waren deze systemen echter afhankelijk van elektronica op kamertemperatuur, verbonden via lange kabels met de cryogene omgeving – een opstelling die schaalbaarheid en betrouwbaarheid beperkt.
De nieuwe cryo-CMOS-controller brengt de elektronica direct naar de cryogene omgeving. De chip opereert naast de qubits bij lage temperaturen en genereert nauwkeurige hoogfrequente signalen voor manipulatie van zowel elektron- als kernspins. Tegelijkertijd blijft het energieverbruik en het ruimtebeslag beperkt, wat essentieel is voor opschaling naar grotere quantumprocessors.
Hoge fideliteit, parallelle aansturing
Het geïntegreerde systeem behaalde quantum gate-fideliteiten van 99,3% voor elektronspins en 99,8% voor kernspins, met coherentietijden van meer dan 50 milliseconden. Deze prestaties naderen de vereisten voor fouttolerante quantumcomputing.
Door digitaal in te spelen op de unieke resonantiefrequentie van elke qubit, vervalt de noodzaak voor complexe magnetische veldafstemming. Dat maakt parallelle aansturing van meerdere qubits mogelijk – een cruciale stap richting schaalbare quantumhardware.
De digitale architectuur zorgt bovendien voor nauwkeurige amplitude- en fasecontrole met minimale warmteontwikkeling, een kritische factor in cryogene systemen waar koelcapaciteit beperkt is.
Naar geïntegreerde quantumhardware
De demonstratie markeert een belangrijke convergentie tussen halfgeleidertechnologie en quantumfysica. De NV-qubits blijven in diamant, terwijl de cryo-CMOS-controller in een standaard siliciumproces wordt gefabriceerd en bij cryogene temperatuur naast de qubits opereert.
Link magazine december 2025-januari 2026. Thema: Geld verdienen tijdens de hele lifecycle. Cover Christian Rood Leydenjar. Lees het artikel digital of vraag exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
Volgens Masoud Babaie, die het project samen met Fabio Sebastiano leidde, bewijst dit de haalbaarheid van co-integratie van color centers met cryo-CMOS als schaalbare kandidaat voor quantumcomputing.
Industrie en academie samen
De samenwerking tussen Fujitsu en QuTech is gericht op de ontwikkeling van een volledige ‘full-stack’ aanpak voor schaalbare quantumcomputers. Teams werken aan diamant-spin-qubitmodules, cryogene CMOS-besturingselektronica en optische interconnects, die samen de hardware-, architectuur- en algoritmelaag van toekomstige quantumsystemen vormen.
Fabio Sebastiano vat het samen: “Voor diamant spin-qubits kan de elektronica al snel de bottleneck worden. Wij laten zien hoe je precieze besturing dichter bij de qubits kunt brengen, bij cryogene temperaturen, zonder het systeem onnodig complex te maken.”
Masoud Babaie voegt toe: “Dit werk toont aan dat cryogene CMOS-besturing kan voldoen aan de strenge eisen van diamant spin-qubits en tegelijkertijd schaalbaar blijft. Door de besturingselektronica nauw te integreren met de qubits zetten we een belangrijke stap richting praktische, grootschalige diamant-quantumprocessors.”
