1 maart was al Leo Kouwenhoven-dag in de wereld van de
natuurwetenschappen. 12 april wordt 'Dag 2'. De publicatie in Science Express van het team
rond de Delftse natuurkundige trekt wereldwijd bewonderende
aandacht. "Onze Majorana's zijn letterlijk bijzonder," zeggen de
teamleden. De gevolgen zijn dan ook alleen denkbaar als een
omwenteling, doorbraak en ongekende toepassingen tegelijk.
Puur, uit interesse
Vincent Mourik is een van de promovendi in dit team. Hij sprak
met ScienceGuide over de fascinatie van zijn werk, het
toeval van zijn rol en de unieke kansen die Kouwenhovens werk en
resultaten kunnen leveren. Voor de puurste kennis, voor jong talent
en voor Nederland als hightech natie.
Jullie zijn op zoek naar het Majorana fermion. Waarom
eigenlijk?
"Het begint altijd met fundamentele interesse. Het vinden en
begrijpen van dat deeltje is echt iets heel nieuws. Het heeft nooit
eerder aangetoonde effecten. En daarmee kan het revolutionair
blijken te zijn."
Zoals een alpinist vaak zegt dus. "We beklimmen de Mount
Everest, gewoon omdat die daar is."
"Fundamenteel is het wel ja, puur uit de interesse in iets heel
nieuws na jaren van … hoe zeg ik dat? Jaren van niet zo heel veel
echt nieuws op dit gebied. Het gaat om de zoektocht zelf, het spoor
zoeken van het Majorana fermion."
Waar begon die zoektocht, wat was het begin van dat spoor
door dit duistere woud?
"Ik studeerde technische natuurkunde in Delft en met mijn
afstudeerproject kwam ik in verbinding met de onderzoeksgroep van
professor Leo Kouwenhoven. Dat is onderdeel van het Kavli Instituut
voor Nanowetenschap en hoort daarin bij de echte top. Dat was zo'n
twee jaar geleden.
Het idee van deze zoektocht was toen daar net gerijpt. Leo en
zijn postdoc dachten over de route voor de zoektocht: "Dit kunnen
wij hier doen!" Daar was nog wel wat meer volk bij nodig en ik liep
er rond, op zoek naar een mooi thema. Waar zou ik mijn promotie op
willen richten? Ik heb direct deze kans aangegrepen, een heel
gelukkige samenloop van omstandigheden naar nu blijkt."
Op elkaar knallen of zelf maken?
Wat is de kerngedachte die nu zo krachtig bevestigd lijkt te
worden?
"Het idee is toch eigenlijk dat we voor het eerst zulke deeltjes
zelf kunnen maken door ingrediënten bij elkaar te stoppen die
voor de hand liggen. Niet door theoretisch boeiende, maar nog
onbestaanbare stappen te zetten of dingen bij elkaar te
brengen.
De knowhow voor deze zoektocht en zijn concrete uitkomst was bij
onze groep aanwezig. We konden meteen aan de slag. Eerdere
concepten om de 'Majorana' op te sporen waren veel minder concreet,
minder praktisch. Dit konden we meteen oppakken."
Heel de wetenschap is in rep en roer omdat wat jullie doen
en realiseren zo 'umwerfend' is. Wat is die ontregelende kant
hiervan volgens jou? Jij zit er het dichtste bovenop van
iedereen…
"Kijk, onze insteek is dat we een nieuw deeltje aantonen in twee
jaar tijd. Op een chip van een paar millimeter groot tegen geringe
kosten. Dat is toch anders dan ze elders doen. Bij CERN zoeken ze
hier ook naar.
De mensen daar in de hoge energiefysica hebben ook iets
geweldigs. Zij zoeken hetzelfde door deeltjes op elkaar te laten
knallen en dan te meten wat er gebeurt. Of niet. Wij zijn meer
bezig geweest als 'engineers' die een systeem op gang brengen en
niet een deeltje gaan meten."
Een harde schijf uit kleinste deeltjes
De opwinding over jullie doorbraak heeft veel te maken met
de krachtige combinatie van puur, fundamenteel denken en werken met
een toepassingskant die adembenemend zou kunnen worden. Wat is hier
het geheim van?
"Het doel bij ons in het Kavli Instituut is en blijft de bouw
van de quantum-computer. Een rekensysteem dus op het niveau en de
omvang van de kleinste deeltjes die er zijn. De majorana is daarom
zo leuk! Wat wij nu ontdekten kan de component zijn die we moeten
benutten om zo'n quantum-computer te realiseren.
Zo'n nano-kleine computer is in de huidige berekeningen wel
mogelijk, maar nog zó gevoelig voor verstoringen uit de omgeving.
De deeltjes zijn kwetsbaar. Maar de quantumbits met een Majorana
fermion niet. De voorspelling is dat deze zo deze veel robuuster
zijn , veel minder gevoelig voor al dat 'gedoe'.
Dat heeft grote gevolgen. Doordat ze zo veel steviger zijn, kun
je met hen een 'harde schijf' gaan ontwerpen voor de
quantumcomputer. Deze deeltjes zouden de harde schijf vormen voor
de computer die we in de kern zoeken. Het is de reden waarom
Microsoft zo geïnteresseerd is in wat wij doen."
Met deze inzet en partners als Kavli, FOM en Microsoft wordt
wel duidelijk waarom de hele wereld gebiologeerd is door jullie
majorana.
"We konden wereldwijd een wedloop zien ontstaan, dat klopt wel.
Heel de top van ons vakgebied ging zich hier op storten. Zo'n 50
groepen wetenschappers over de hele wereld dus. Harvard, ETH in
Zürich, MIT, Chinese onderzoekscentra, iedereen.
Wij hopen dat deze wedloop nu voorbij is. Iedereen weet nu dat
die zoektocht gedaan is. Bij ons!"
Nanodraadjes en grafeen
Wat was tijdens die tocht voor jou het 'rock bottom'
punt?
"In die twee jaar hadden we weinig tijd voor veel gedoe. Maar er
was wel een nare fase, hoor. We hadden voor ons experiment een
nieuw materiaal nodig, uit nanodraadjes waar collega's in Eindhoven
geweldige dingen mee deden en kunnen. Wij moesten die dan
combineren als verbindingen met een supergeleider. Drie maanden
zaten we vast, echt vast.
Twintig, dertig keer probeerden we die combinatie aan de praat
te krijgen. Elke keer als niks gebeurde, gingen we na wat we nu
weer niet goed gedaan zouden hebben. Het hielp aldoor niks. Na veel
ploeteren sloeg het ding dan toch nog aan…"
Ik hoorde uit de top van de TU's rondzingen, dat men nu al
fluistert 'dit is Nobel'.
"Dat hangt er van af…..Hoe maken we deze voorzet nu straks af?
Dat is de vraag die daarvoor essentieel zal zijn, denk ik. De
majorana heeft het potentieel van grafeen. Dat snapt iedereen, want
hier zijn puur fundamenteel en heel nieuwe toepassing verstrengeld
en verbonden. Andre Geim kon niet alleen dat idee van het grafeen
uitpluizen. Hij kon ook de leiding blijven geven aan het betrokken
vakgebied toen het potentieel daarvan tot iedereen doordrong. Dat
is echt heel knap.
Onze majorana moet dus niet op zichzelf blijven staan, als een
eenmalige vondst, een klapper. We moeten gaan voor extra's in de
bewijsvoering, in het reproduceren daarvan. Hoe maken we dit
af? Dat is toch de vraag, he?
Als we dit kunnen voortbouwen, dan is de volgende stap dat
iedereen daarop wil voortbouwen. De quantumcomputer zou dan wel
eens zijn oorsprong hierin kunnen hebben."