Forskere opnår kvantefordele

Københavns Universitets forskere har avanceret deres kvanteteknologi i en sådan grad, at klassisk computingteknologi ikke længere kan følge med. De har udviklet en chip, der, med økonomisk opbakning, kunne skaleres op og bruges til at bygge fremtidens kvantesimulator. Deres resultater er nu offentliggjort i Videnskab fremskridt .

Først kom Google. Nu, forskere ved Københavns Universitets Niels Bohr Institute i samarbejde med University of Bochum har sluttet sig til Google i løbet om at bygge verdens første kvantecomputer med det, de kalder et "stort gennembrud."

"Vi har nu det værktøj, der gør det muligt at bygge en kvantesimulator, der kan udkonkurrere en klassisk computer. Dette er et stort gennembrud og det første skridt ind i ukendt område i kvantefysikkens verden, "hævder professor Peter Lodahl, Direktør for Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q).

Specifikt, forskerne udviklede en nanochip mindre end en tiendedel af tykkelsen af ​​et menneskehår. Chippen giver dem mulighed for at producere tilstrækkeligt stabile lyspartikler, kendt som fotoner, kodet med kvanteinformation for at skalere teknologien, og dermed kan opnå det, der er kendt som 'kvantefordel':den tilstand, hvor en kvanteenhed hurtigere kan løse en given beregningsopgave end verdens mest kraftfulde supercomputer.

Mens forskerne endnu ikke har udført et egentligt 'kvantefordel' -eksperiment, deres artikel i Videnskab fremskridt beviser, at deres chip producerer en kvantemekanisk ressource, der kan bruges til at nå 'kvantefordel' med allerede demonstreret teknologi.

For at opnå denne tilstand kræver det, at man kan styre omkring 50 kvantebit, "qubits"-kvantumfysikkens ækvivalent med de binære bits af nuller og dem, der bruges i vores klassiske computere-i et omfattende eksperimentelt set-up, der ligger langt over universitetets egne økonomiske midler.

"Det kan koste os 10 millioner euro at udføre et egentligt eksperiment, der samtidig styrer 50 fotoner, som Google gjorde det med superledende qubits. Det har vi simpelthen ikke råd til. Imidlertid, hvad vi som videnskabelige forskere kan gøre, er at udvikle en fotonkilde og bevise, at den kan bruges til at opnå 'kvantefordel. "Vi har udviklet den grundlæggende byggesten, "forklarer adjunkt Ravitej Uppu, hovedforfatter til resultaterne.

"I mellemtiden, vi vil bruge vores fotonkilder til at udvikle nye og avancerede kvantsimulatorer til at løse komplekse biokemiske problemer, der kan for eksempel, bruges til at udvikle nye lægemidler. Så, vi forbereder allerede de næste trin til teknologien. At være på et universitet giver mulighed for at etablere fundamentet for en teknologi og demonstrere mulighederne, der henviser til, at endelig teknologi -opskalering kræver større investeringer. Vi vil arbejde på at etablere et stærkt europæisk konsortium af akademiske og industrielle partnere med fokus på at bygge fotoniske kvantesimulatorer med 'kvantefordel, '"fortsætter Peter Lodahl.

En lys fremtid for opskalering af kvantecomputere Der findes forskellige skoler i qubit -udviklingsverdenen for kvantecomputere, afhængigt af hvilke "kvante byggesten" man starter med:atomer, elektroner, eller fotoner. Hver platform har fordele og ulemper, og det er stadig svært at forudsige, hvilken teknologi vil sejre.

Den primære fordel ved lysbaserede kvantecomputere er, at teknologi allerede er tilgængelig til skalering op til mange qubits på grund af tilgængeligheden af ​​avancerede fotoniske chips, som er udviklet til telekomindustrien. En stor udfordring ved at generere fotonqubits har været at gøre det med tilstrækkelig høj kvalitet. Det var netop her, de københavnske forskere opnåede deres gennembrud.

"Danmark og Europa har stolte traditioner inden for kvanteoptikforskning, og samtidig en stærk telekomindustri og infrastruktur. Det ville være virkelig spændende at kombinere disse styrker i et stort initiativ dedikeret til fotoniske kvantecomputere. Det ville være fantastisk at være en del af en proces, der strækker sig helt fra grundlæggende kvantefysik til nye teknologiske applikationer, ”siger Peter Lodahl.