Licht op de quantumcomputer
Natuurkundige Martin van Exter werkt met licht op nanoschaal, en bevindt zich aan het front van het onderzoek naar de quantumcomputer. Maar als opleidingsdirecteur heeft hij ook een visie op natuurkunde-onderwijs. Oratie op 18 november.
'Ik was zo’n kind dat apparaten het liefst sloopt om te zien wat er in zit, soms tot wanhoop van mijn ouders,' vertelt Martin van Exter aan het begin van zijn oratie. Natuurkundigen zijn er in twee smaken, de theoreticus en de experimentator. Martin van Exter is vooral experimentator, en wel op het gebied van de quantumoptica.
Hoeksteen van één van zijn onderzoeksprojecten is de optische quantum dot, quantumpuntje in het Nederlands. Dit zijn minuscule schijfjes van het ene halfgeleidermateriaal, omgeven door een ander halfgeleidermateriaal (ook computerchips worden uit halfgeleidermateriaal gemaakt). Zo‘n quantumpuntje fungeert als een groot kunstmatig atoom.
Als je daar omheen ook nog twee spiegeltjes creeërt, ontstaat een nano-apparaatje dat met individuele fotonen – lichtdeeltjes – te manipuleren is. Vul je het quantumpuntje met één extra elektron dan kun je het gebruiken als een qubit, de fundamentele bouwsteen van de quantumcomputer.
Quantumpuntjes aansturen
Van Exters groep is druk bezig om het aansturen van hun quantumpuntjes met fotonen te vervolmaken, zodat die met elkaar communiceren en samen echte berekeningen kunnen uitvoeren. 'Meer en ingewikkelder quantumspelletjes spelen,' noemde Van Exter dat ooit (zie artikel). Het is vooralsnog strikt fundamenteel onderzoek. Valorisatie, het toepassen van de onderzoeksresultaten door bedrijven of andere onderzoeksinstituten, ligt nog jaren in het verschiet.
Wat dat betreft put Van Exter moed uit het feit dan Ben Feringa in Groningen dit jaar een Nobelprijs won voor het maken van nanomachientjes. 'Zonder voldoende fundamenteel onderzoek kunnen we in de toekomst weinig grote technologische doorbraken verwachten. En dat fundamentele onderzoek mag best breed van opzet zijn. Veel succesvolle toepassingen ontstaan uit ontdekkingen waar je niet bewust naar op zoek was, dus een bedrijfsmatige aansturing van valorisatie is hoe dan ook lastig. Laat wetenschappers alstublieft meer spelen, minister!'
Minder contacturen, meer zelfstudie
Als opleidingsdirecteur heeft Van Exter ook een visie op het onderwijs aan natuurkundestudenten: 'Studeren is bij exacte vakken vooral wennen aan nieuwe ideeën, concepten en technieken. Essentieel hierbij is dat studenten zelfstandig met nieuwe kennis aan de slag gaan en deze vanuit verschillende gezichtspunten leren bekijken. Ik pleit dan ook voor minder contacturen en meer tijd voor zelfstudie.'
Liever dan passieve hoorcolleges, ziet hij onderwijsvormen waarbij studenten eerst zelf met de stof aan de slag gaan op basis van leerboeken, of zelfs YouTube-filmpjes, en daarna pas in werkcolleges op een hoger niveau de onderwerpen bespreken met hun docenten.
In deze veel actievere omgang met de lesstof ziet hij een oplossing voor een hardnekkig probleem: studenten die 'stampen' voor tentamens, en na het behalen van een voldoende de leerstof subiet weer vergeten. Een stok achter de deur zou dan ook geen kwaad kunnen. 'De invoering van een jaarlijkse voortgangstoets zou hieraan bij kunnen dragen; een toets over de lesstof van alle vakken van het curriculum.'
Wat is uiteindelijk de missie van een opleiding natuurkunde? Van Exter: 'Wat willen wij onze natuurkundestudenten meegeven? Allereerst een bijzondere manier van denken, die zich vertaalt in een groot probleemoplossend vermogen. Ik pleit hierbij voor de ‘Less is more’ aanpak: liever een bescheiden maar degelijke parate basiskennis met de mogelijkheid van uitbreiding via boeken en internet, dan een wankele brede basis.'