Het bouwen van een quantumeconomie vereist niet alleen baanbrekend onderzoek, er zijn ook technisch en praktisch opgeleide mensen voor nodig. Bij QuTech in Delft spelen instrumentmakers een onmisbare rol aan het front van de wetenschap.
QuTech is een interfacultair onderzoeksinstituut van de TU Delft. Het richt zich op het realiseren van de quantumcomputer en het quantuminternet: high-tech toepassingen van een theorie waarvan hardnekkig herhaald wordt dat ‘niemand het echt begrijpt’. Er werken veel academisch opgeleide onderzoekers en technici, maar er zijn er ook mbo- en hbo-opgeleide technici nodig om de quantumcomputer werkelijkheid te maken.
Het werk van de instrumentmaker
Nico Alberts, teamleider, werkt al ruim 18 jaar bij de TU Delft. Hij is een van de vijf vaste medewerkers van de werkplaats. Naast zijn kantoor draaien de CNC-freesmachines tijdens ons gesprek op volle toeren. In de werkplaats maken instrumentmakers met grote nauwkeurigheid de speciaal ontworpen componenten die nodig zijn voor het onderzoek van QuTech.
Nico heeft de werkplaats fors gemoderniseerd.
“Negen jaar geleden, toen ik bij QuTech kwam, zag de werkplaats er heel anders uit. Maar met conventionele machines was het steeds moeilijker om aan de toenemende vraag vanuit QuTech te voldoen.”
De belangrijkste update is dat de machines nu door een computer worden aangestuurd, waardoor alle opdrachten niet alleen nauwkeuriger, maar vooral sneller kunnen worden uitgevoerd. De basisvaardigheden die een goede instrumentmaker nodig heeft zijn in een moderne werkplaats niet anders dan vroeger: er wordt nog steeds gefreesd en gedraaid en het materiaal, metaal en kunststof, is hetzelfde.
QuTech vraagt voor specifieke problemen hele specifieke oplossingen. Een onderzoeker zal liefst onderdelen ‘van de plank’ bestellen om in een opstelling te gebruiken, maar dat is niet altijd mogelijk:
“Het is een kleine wereld waarin we spelen. Er zijn weinig partners die dergelijke onderdelen verkopen, dus er is veel behoefte aan maatwerk.”
Veel van het onderzoek bij QuTech vindt plaats onder cryogene omstandigheden: temperaturen in de orde van een millikelvin. Om de quantumchip op die lage temperatuur te houden wordt gebruik gemaakt van een cryostaat, in feite een geavanceerde koelkast (figuur 1). Onderaan hangt de eigenlijke chip aan een zogenoemde cold finger. Alles daarboven is te bestellen, maar de cold finger zelf wordt op maat gemaakt door de werkplaats. En daar zit voor Nico de uitdaging:
“Voor ons werk is veel creativiteit nodig om iets te monteren op een plek waar je niet bij kunt.”
“De cryogeen ingenieur van het tech-team levert ons de tekeningen. Dan spreken we het project door en vervaardigen we het benodigde onderdeel. Maar regelmatig komen onderzoekers en ook studenten direct naar ons toe. Dan bespreken we het probleem, bedenken een oplossing, tekenen en vervaardigen het.”
Maatwerk vraagt om samenwerken
Meedenken met de onderzoeker is waar een instrumentmaker voor staat. Nico: “Als je het werk van de instrumentmaker spiegelt aan het werk in een productieomgeving, dan is het duidelijk anders. Daar is het product al doorontwikkeld, vereenvoudigd en geoptimaliseerd voor snelle productie. Wij moeten vooral een nieuwe oplossing bedenken en vervaardigen. In dat opzicht ligt de focus niet op zo veel mogelijk productie in zo kort mogelijke tijd. Dat gesprek met een onderzoeker is een essentieel onderdeel van mijn werk, misschien wel het leukste deel.”
Kennis van quantummechanica of het onderzoeksgebied is daarbij niet vereist:
“Zelf heb ik daar weinig kennis van maar ik kan me wel verplaatsen in wat de onderzoekers doen en willen bereiken. Dat is nodig om de problemen waar ze tegenaan lopen te doorgronden.”
Onderzoekers en instrumentmakers hebben ieder hun eigen jargon. Voor een goede samenwerking moeten ze allebei hun expertise kunnen vertalen naar een taal die de ander begrijpt om samen tot een oplossing zien te komen.
Als voorbeeld van zo’n uitdaging noemt hij een oplossing om in een cold finger een coax-verbinding tot stand te brengen zonder de gebruikelijke connector. Die is namelijk te groot en past niet in de behuizing. Als alternatief wordt er een soort drukcontact gemaakt op basis van een verend systeem. Zo kan de verbinding tot stand komen door de onderdelen op elkaar te drukken.
Naast maatwerk, biedt de werkplaats QuTech vooral ook snelheid. Een op maat onderdeel dat ‘s morgens gevraagd wordt, kan er de volgende dag al zijn. Wat nu nog maatwerk is, vindt later mogelijk zijn weg in onderdelen die wel van de plank gekocht kunnen worden. Soms bij start-ups en spin-offs die bij QuTech zijn ontstaan. Zo ontstaat er langzaam een ecosysteem van bedrijven die samen een quantumindustrie vormen.
Beroepsbegeleidende leerweg
De werkplaats is ook een leeromgeving. Momenteel werken er twee mbo-stagiaires in een BBL-traject op de mechanische werkplaats: Stijn en Noah. Zij combineren vier dagen werk in de praktijk met één dag school. Nico ziet hun ontwikkeling van dichtbij:
"Voor ons in de werkplaats is dat overzichtelijk: je hebt drie jaar lang dezelfde mensen met dezelfde karaktertrekken en het worden een beetje je collega’s.”
Stijn volgde vmbo-techniek toen hij via een voorlichting van Nico op zijn school bij de werkplaats terecht kwam. In het voorjaar doet hij examen. Mogelijk gaat hij daarna door met een mbo-4-opleiding, bij voorkeur weer via een BBL-traject, maar dan bij een ander bedrijf (figuur 3).
Noah daarentegen vond zijn passie voor techniek via een omweg. Hij staat bij een freesmachine en laat het werkstuk zien waaraan hij werkt: een ring om een magnetische afscherming te verbinden met een onderdeel voor een microchip (figuur 4). Noah koos op het vmbo voor het profiel economie. “Ik was toen nog helemaal niet geïnteresseerd in techniek. Ik sportte veel, dus koos ik voor sport en bewegen. Maar dat was alleen maar voor de klas staan, dus dat was niet echt wat voor mij. Uiteindelijk ging ik de autotechniek in en toen merkte ik dat techniek veel meer mijn ding is.” Werken bij de TU Delft bevalt Noah heel goed.
“Nico geeft ons alle ruimte om te leren. We doen wel eens dingen fout, maar dat wordt ons niet aangerekend. We krijgen genoeg tijd voor alles. Om te leren zit je hier wel goed.”
- Noah
Nieuw Talent gezocht
Hoewel stagiaires vaak geïnteresseerd zijn, is het werven van vaste medewerkers een uitdaging. Momenteel staat er een vacature uit, maar daar komt onvoldoende reactie op. Nico: “Ik kan me voorstellen dat het voor een buitenstaander er rommelig uitziet, met lawaai en misschien stank. Maar dit is echt een mooie werkplaats. We hebben mooi en interessant werk met daarbij de goede voorzieningen en arbeidsvoorwaarden van de TU Delft.”
Het probleem is breder te zien: studenten van een mbo stromen het liefst door naar een hbo en verdwijnen zo uit het maakproces. En dat terwijl er zoveel behoefte is aan mensen die ook iets kunnen maken. Dat het werk uitdaging biedt is wel duidelijk. Je komt er ook met veel verschillende mensen in aanraking. Om de technologie van de toekomst te ontwikkelen zijn praktisch opgeleide technici broodnodig, zoveel is bij ons bezoek aan de werkplaats wel duidelijk geworden.
Dankwoord
We bedanken de technici van QuTech voor hun gastvrijheid. Dit artikel kwam mede tot stand dankzij financiering van Quantum Delta NL. Meer interessante artikelen over quantum mechanica en de mensen die er mee werken lees je in de NVOX Quantum Special van deze maand (April)!
