Quantumcomputers zullen de drijvende kracht zijn achter de volgende technologische revolutie, omdat ze beloven relevante problemen op te lossen die klassieke digitale computers niet aankunnen. Door quantumsystemen efficiënt te simuleren, zullen quantumcomputers bestaande industriële processen optimaliseren en nieuwe medicijnen en materialen synthetiseren, en zo een ongekende game-changer vertegenwoordigen die hele industrieën kan ontwrichten en nieuwe kan creëren. Hoewel er tegenwoordig al prototypen van quantumcomputers bestaan, bestaan deze slechts uit duizenden quantumbits (qubits) en voor het aanpakken van een praktisch rekenprobleem zijn miljoenen qubits nodig. Zowel academische als industriële onderzoekers werken aan het opschalen van die prototypes, maar er duikt een harde bottleneck op: omdat qubits doorgaans werken bij cryogene temperaturen, kunnen miljoenen qubits niet individueel worden aangesloten om elektronica te besturen die bij kamertemperatuur werkt vanwege de hoge kosten, grote omvang en beperkte betrouwbaarheid van de vereiste miljoenen kabels.

Om dit probleem aan te pakken, streeft dit project ernaar een cryogene elektronische interface te ontwikkelen die heel dicht bij de qubits werkt en dus bij dezelfde temperatuur werkt. Voor dergelijke elektronica richten we ons op het gebruik van CMOS-technologie, dezelfde micro-elektronische technologie die wordt gebruikt voor standaard microprocessoren, omdat deze uniek is in het bieden van de zeer grote schaal van integratie (VLSI) die nodig is om miljoenen qubits aan te sturen.

Hoewel CMOS-geïntegreerde schakelingen kunnen werken bij cryogene temperaturen, zijn ze niet gebouwd om te werken bij zulke lage temperaturen en kan hun cryogene gedrag niet betrouwbaar worden voorspeld, wat het ontwerp van complexe cryogene CMOS (cryo-CMOS)-schakelingen zwaar belemmert en vertraagt. Het hoofddoel van dit project is vervolgens om CMOS-apparaten, voornamelijk transistors, te karakteriseren bij cryogene temperaturen en de resulterende gegevens te gebruiken om simulatieapparaatmodellen te ontwikkelen die kunnen worden gebruikt om cryogene geïntegreerde schakelingen betrouwbaar te ontwerpen. 

Het project wordt uitgevoerd in nauwe samenwerking met NXP Semiconductors en TU Delft. De CMOS-apparaten die door NXP worden vervaardigd, worden door TU Delft gekarakteriseerd om de onderliggende cryogene fysieke verschijnselen te begrijpen. De apparaatmodellen bij kamertemperatuur worden vervolgens door NXP verbeterd om het cryogene gedrag te dekken. Cryo-CMOS-circuitontwerp wordt al ondersteund en versneld door deze voorlopige modellen en zal gedurende het project blijven verbeteren. Wanneer het project succesvol wordt afgerond, zal een geavanceerd apparaatmodel beschikbaar zijn en zullen kritische circuitblokken voor de cryo-CMOS interface voor grootschalige quantumcomputers worden ontwikkeld. 

Deze onderzoeksactiviteit zal direct bijdragen aan het bloeiende Nederlandse quantumecosysteem dat bestaat uit onderzoeksinstellingen, start-ups en grotere bedrijven die wereldleider zijn op het gebied van quantumcomputing. Het ondersteunen van de ontwikkeling van cryogene geïntegreerde schakelingen zal een positieve invloed hebben op de economische ontwikkeling van de Nederlandse halfgeleiderindustrie, waardoor de creatie van een ontbrekend onderdeel, namelijk cryo-CMOS-elektronica, in de toeleveringsketen van kwantumcomputers wordt gestimuleerd, en in het algemeen de mogelijkheden van de ontwikkeling van grootschalige kwantumcomputers. Die machines kunnen een aanzienlijke toegevoegde waarde voor de Nederlandse economie vertegenwoordigen, terwijl hun toepassing een dramatische impact zal hebben op het aanpakken van industriële en maatschappelijke problemen.