Unge forskere fra QDev har skabt en lovende byggeklods for fremtidens kvantecomptere

27. maj 2019

To yngre forskere fra DG’s Center for Quantum Devices (QDev), postdoc Antonio Fornieri og Ph.d.-studerende Alex Whiticar står i spidsen for et internationalt studie, som har udviklet en todimensionel platform for kvantebits, der både er stabile og mulige at masseproducere. Dette gør den til en ganske lovende komponent til fremtidens kvantecomputere. Studiet er publiceret i Nature og er foretaget i samarbejde med forskere fra blandt andet University of Chicago og Microsoft Quantum Lab på Purdue University.

Kvantechip (Kredit: KU)
Kvantechip (Kredit: KU)

Forskere verden over har længe været udfordret af at udvikle en såkaldt kvantebit, der er stabil nok til, at fremtidens kvantecomputere kan nå at udføre komplicerede beregninger, inden kvantetilstanden forsvinder, og den lagrede information i bitsene derved går tabt. Men en nyudviklet komponent skaber mere lovende udsigter for fremtidens kvantecomputere.

Postdoc Antonio Fornieri og Ph.d.-studerende Alex Whiticar fra grundforskningscenteret QDev ved Niels Bohr Institutet på KU er iblandt hovedkræfterne bag udviklingen af en kvantebit – også kaldet qubit – der både er beskyttet mod forstyrrelser, og som nemt kan masseproduceres. Den nyudviklede komponent ser ud til at være en mulig løsning på er hidtil uløselige problem i udviklingen af effektive kvantecomputere. Resultatet er publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

”En kæmpe fordel ved vores komponent er, at man kan masseproducere den. Vi kan designe et stort kompliceret system af kvantebits på en helt almindelig laptop og så få det fabrikeret med den gængse teknik, man bruger til at lave kredsløb til almindelige computere med,” fortæller Antonio Fornieri, der er postdoc ved QDev og en af hovedforfatterne bag studiet.

Fundamentet for den type kvantecomputer, som forskere på Niels Bohr Institutet forsøger at udvikle er baseret på såkaldte Majorana-kvantetilstande. Denne kvantetilstand har en særlig egenskab, der beskytter mod forstyrrelser udefra, hvilket gør tilstanden stabil i længere tid end andre slags kvantetilstande.

Møjsommelige tråde

Indtil nu har forskerne fra blandt andet QDev formået at frembringe Majorana-partikler i laboratoriet ved at gøre brug af halvledende nanotråde forbundet med superledere placeret i et stort magnetfelt. Men nanotråde egner sig ikke til at blive opskaleret til kvanteteknologi i fuld størrelse, da det kræver et ganske omfattende arbejde: først er man nødt til enkeltvis at samle de mikroskopiske tråde op med en nål og flytte dem fra et underlag til et andet for dernæst at flette dem sammen til et netværk. Dette ville være en meget krævende og langsommelig proces, da det kræver tusindvis af bits at fremstille én kvantecomputer. Derudover kræver nanotråde høje magnetfelter for at fungere.

Men med den nye kvantebit kan forskerne i stedet erstatte de møjsommelige nanotråde med deres komponent, der grundet sin todimensionelle platform er flad, hvilket gør det nemmere at håndtere og kræver lavere magnetfelter end nanotrådene for at opnå Majorana-tilstande.

Ifølge Alexander Whiticar, der er Ph.d.-studerende ved QDev og den anden hovedforfatter på studiet, har den lovende kvantebit endnu en væsentlig fordel:

”Vores komponent har et ekstra kontrolparameter i form af en superledende faseforskel, hvilket gør det muligt at styre tilstedeværelsen af Majorana-tilstande i et helt system af kvantebits samtidigt. Det er ikke set før. Derudover har dette system brug for et meget lavere magnetfelt for at opnå Majorana-tilstandene. Det vil gøre det væsentlig lettere at fremstille kvantebits i store mængder.”

For Fornieri er strukturen bag komponenten så lovende, at den potentielt kan blive fremtidens svar på de kvantebits, der skal indgå i fremtidige kvantecomputere:

”Vores prototype er et stort første skridt hen imod at bruge denne type system til at lave kvantebits, der er beskyttet mod forstyrrelser. Lige nu mangler vi stadig en smule finpudsning – vi kan stadig forbedre designet og materialerne, men potentielt er det en perfekt struktur, vi står med,” siger Fornieri.

Læs den videnskabelige artikel i Nature her

Få mere information om studiet i en pressemeddelelse fra KU her