Innovation

Prisad forskning har öppnat för kvantdatorer

KVA-ledamoten Thors Hans Hansson, professor i teoretisk fysik vid Stockholms universitet, använde tre olika bullar för att förklara materials stegvisa förändringar. Foto: Anna Orring
KVA-ledamoten Thors Hans Hansson, professor i teoretisk fysik vid Stockholms universitet, använde tre olika bullar för att förklara materials stegvisa förändringar. Foto: Anna Orring
Olga Botner är medlem i Nobelkommittén i fysik, Foto: Anna Orring
Olga Botner är medlem i Nobelkommittén i fysik, Foto: Anna Orring

Forskningen som tilldelats Nobelpriset har banat väg för kvantdatorer och nya material, men betraktades från början mest som ”vacker forskning”.

Publicerad

Årets Nobelpris i fysik går till hälften till David Thouless och till hälften till Duncan Haldane och Michael Kosterlitz, ”för teoretiska upptäckter av topologiska fasövergångar och topologiska materiefaser”.

Alla tre kommer från Storbritannien, men är verksamma vid universitet i USA. Upptäckterna ligger några decennier tillbaka i tiden, på 70- och 80-talet. De har samarbetat i vissa konstellationer, men också arbetat parallellt. Deras forskning har handlat om vad som sker vid övergångar mellan olika faser i material, utifrån matematiska topologiska begrepp. Pristagarnas arbete har de senaste tio åren fått stor betydelse i forskning om framtida kvantdatorer.

Redan ordvalen i presentationen av årets pris säger något om den teoretiska höjden på upptäckterna som belönas. Vetenskapsakademien använder ord och begrepp som ”materiens hemligheter”, ”exotisk materia”, ”vacker forskning”.

Under presskonferensen använde KVA-ledamoten Thors Hans Hansson, professor i teoretisk fysik vid Stockholms universitet, tre olika bullar för att förklara materials stegvisa förändringar.

– En kanelbulle, en bagel och en kringla. Bullen har inget hål, bageln ett och kringlan har två, sa han och plockade upp bakverk ur en brun papperspåse.

Läs fler nyheter om Nobelpriset här!

Illustrationen var till för att visa att topologiskt tillhör de tre olika bakverken skilda kategorier, eftersom de har olika antal hål. Föremålens egenskaper förblir intakta om de dras ut, vrids eller deformeras – men inte om de slits itu, menade Thors Hans Hansson och rev kringlan i två.

Pristagarna har undersökt fasövergångar (att något ”rivs itu”) i mycket tunna material, så tunna att de är att betrakta som tvådimensionella, eller i trådar så tunna att de kan ses som endimensionella. De har då på olika sätt kunnat kullkasta tidigare etablerade teorier om hur platta material beter sig när till exempel temperaturen sänks eller i relation till magnetfält.

Olga Botner är medlem i Nobelkommittén i fysik, och förklarar fasövergångarna som ”språng”.

Olga Botner är medlem i Nobelkommittén i fysik, Foto: Anna Orring
Olga Botner är medlem i Nobelkommittén i fysik, Foto: Anna Orring

– Man trodde tidigare att det i mycket tunna material inte gick att  få en kristallinstruktur, när man sänkte temperaturen mot den absoluta nollpunkten. Men de visade på 70-talet att det gick visst, på en kvantnivå. Det fanns det här språnget.

– Det här har betydelse för supraledare, och ger oss möjlighet att uppfinna nya supraledare.

I en senare del av pristagarnas arbete, på 80-talet, kunde de på olika håll visa att den då vedertagna kvantmekaniska teorin för att avgöra om material är elektriskt ledande inte stämde när det gällde vissa fasövergångar i material.

– Det handlar om den elektriska ledningsförmågan i mycket tunna material, säger Olga Botner.

Läs mer om forskningen som prisats hos Kungliga Vetenskapsakademien

Pristagarnas arbete är ”vacker teori” säger hon, men som har fått stor nutida påverkan.

– Det här var inget som tidningarna skrev om då. Men det har utvecklat nya fält, som har exploderat och utgör frontlinjen i forskning om kondenserade material. Det ger oss nya material, ny elektronik.

En av pristagarna var med på telefon under presskonferensen, Duncan Haldane från Princetonuniversitetet. Han beskrev en förvåning över att hans arbete kunnat bli så aktuellt, många år senare – det var inget han såg framför sig då.

– Jag är väldigt förvånad. Det pågår väldigt mycket arbete. Mitt arbete utfördes på 1980-talet. Jag trodde aldrig att det skulle få någon praktisk betydelse, men kan få stor betydelse när det gäller att bygga kvantdatorer.