Skör supermaskin kan bli verklighet
Tema Kvantteknik
Framtidens supermaskin, kvantdatorn, håller på att ta steget från teori till verklighet. På KTH forskar man på allt från hur själva hårdvaran ska byggas till vilka problem en kvantdator faktiskt kan lösa.
Kvantdatorer tros kunna lösa problem som de kraftfullaste superdatorerna aldrig ens hinner räkna ut. Genom att utnyttja kvantfysikens lagar öppnas möjligheten till genombrott inom många forskningsområden, från medicinutveckling och materialforskning till cybersäkerhet.
–Kvanttekniken kan komma att påverka alla delar av samhället som är beroende av information. Direkt eller indirekt kan tekniken påverka i princip allt, säger David Haviland, professor i nanostrukturfysik vid KTH.
Kvantteknik kan bland annat göra det möjligt att snabbare utveckla nya läkemedel och material, ge mer träffsäkra prognoser i klimatforskningen och ytterligare påskynda AI-utvecklingen. Samtidigt kan kvantsäker kryptering ge starkare skydd för våra mest känsliga system.
Skapa "superkvantbit"
Vägen till supermaskinen kantas av utmaningar. Den största för forskare som bygger kvantdatorer har med skörhet att göra.
Till skillnad från vanliga datorer, där information lagras som ettor och nollor, använder kvantdatorn kvantbitar (qubits). Deras unika egenskaper – att kunna befinna sig i många tillstånd samtidigt –kan lätt förstöras av minsta lilla störning från omgivningen.
–Just nu verkar forskarsamhället vara överens om att vi måste förverkliga något som kallas kvantfelkorrigering för att kunna skapa en användbar kvantdator, säger David Haviland.
Man har kommit en bit genom att skapa en slags ”superkvantbit” där flera kvantbitar samarbetar för att åstadkomma stabilitet, vilket ses som ett bevis för att kvantfelkorrigering fungerar i praktiken.
Utveckla algoritmer
Men oavsett tekniska utmaningar måste man få grepp om vad kvantdatorer i praktiken kan och bör användas till, påpekar David Haviland.
– På KTH finns starka forskningsmiljöer inom matematik och datavetenskap som bidrar med just den här pusselbiten: att förstå vilka typer av problem kvantdatorer kan lösa bäst, och att utveckla de algoritmer som får kvantdatorerna att göra sitt jobb.
Inom David Havilands forskningsgrupp är fokus på en alternativ typ av kvantberäkningar. Medan många försöker bygga kvantdatorer som fungerar med ljuspartiklar använder Haviland mikrovågor och skapar ett slags kvantsammanflätning - en speciell effekt i kvantfysiken där olika delar hänger ihop på ett sätt som inte går i klassisk fysik.
"Kräver flera genombrott"
Förhoppningen inom projektet är att man i slutändan lättare ska kunna skala upp till tillräckligt många kvantbitar för att skapa verkligt användbara kvantdatorer. Antalet kvantbitar är avgörande eftersom varje extra kvantbit fördubblar datorns beräkningskapacitet.
– Det här konceptet har sina egna utmaningar, men jag tror framför allt det är viktigt med en ny approach inom kvantdatorforskningen och det är det vi jobbar på, säger han.
När tror du att en fungerande kvantdator ser dagens ljus?
– Jag tror att det ganska långt kvar till dess. Samtidigt kan ett genombrott ske och saker hända väldigt fort. Men det krävs flera sådana genombrott innan vi kommer att se en fullt användbar kvantdator.
Text: Christer Gummeson ( gummeson@kth.se )