Kvantdatorns superkraft är känslig för störningar

Vad gäller molekyler är det du häller i din kopp på morgonen inte särskilt avancerat. Koffeinmolekylen ser ut som en stjärna med en pil som pekar åt höger. Men klassiska datorer får svettas och stånka och frusta för att kunna simulera den. IBM har ibland gjort ett nummer av att inte ens superdatorer kan hantera koffeinmolekylen, medan Microsoft menar att, jo, det går faktiskt.

Det IBM och Microsoft dock är överens om är att det finns mer komplexa molekyler som är helt utom den klassiska datorns räckvidd. Men när kvantdatorn blir tillräckligt kraftfull kommer den att kunna simulera dessa strukturer.

– En vi är intresserade av är nitrogenas, säger Julie Love, affärsutvecklingschef för Microsofts kvantdatordivision.

Nitrogenas är ett enzymsystem som katalyserar kvävefixeringen i jordbakterier och blågröna alger.

– När företag försöker göra detta för att skapa gödsel använder de en process som är hundra år gammal. Den kräver mycket energi och förbrukar omkring 3 procent av jordens naturgas. Med en kvantdator skulle vi kunna göra det till en lägre kostnad, med lägre förbrukning av energi och mindre utsläpp av koldioxid.

Microsoft ser utvecklingen av kvantdatorer som något lika angeläget som artificiell intelligens. Det vet vi för att bolagets vd, Satya Nadella, i sin nytutkomna självbiografi skriver att ”bortom molnet” är kvantdatorn en av de stora teknikutvecklingarna.

– Vi ser kvantdatorer som nästa stora paradigmskifte. Trots alla framsteg vi gjort de senaste 60 åren så finns det fortfarande problem i vår värld vi inte kan lösa med klassiska datorer. Vi kommer aldrig att lösa dem med klassiska datorer. Så nu vill hjälpa våra kunder att lösa dem, säger Julie Love.

Till skillnad från många av sina konkurrenter har Microsoft valt en väldigt speciell metod för att designa sin kvantdator. De kallar den topologisk kvantdator och den bygger på en 80 år gammal förutsägelse av en italiensk fysiker, Ettore Majorana.

Han argumenterade för att det existerade en kvasipartikel (som senare döptes till majorana-partikeln) som är sin egen antipartikel, med en neutral laddning. Ett nederländskt forskarlag upptäckte förekomsten av en majorana-partikel i ett labb 2012 och forskarna ingår numera i Microsofts självutnämnda ”quantum dream team”.

Väldigt förenklat ska Microsoft bygga en kvantdator där en rad av elektroner på vardera sida skyddas av en och samma majoranapartikel (som i ett superpositiontillstånd samtidigt kan existera på elektronradens båda ytterkanter). Med nanotrådar flätas denna rad och själva flätningen fungerar som en logisk grind. En medsols flätning kan vara en etta och en motsols flätning kan vara en nolla.

Detta ska motverka dekoherens (se vår grafik här), eftersom även om brus från omgivningen påverkar majoranapartikeln på ytterkant A eller B så kommer bruset inte påverka partikelns relativa position till sig själv.

– Detta låter oss lagra kvantinformation på ett topologiskt, icke-lokalt, sätt. Det brus som kommer in kan inte bara störa en av positionerna utan måste störa båda samtidigt. Detta minskar felfrekvensen dramatiskt, säger Julie Love.

Även IBM storsatsar på bygget av en kvantdator. Redan i dag kan allmänheten köra algoritmer på deras IBM Q-molnplattform, en dator med 17 kvantbitar. IBM har en dator med 50 kvantbitar i sikte.

– Vi tror att kvantdatorer kommer att ingå i en datahall där kvantteknik kan snabba upp och jobba i tandem med klassisk hårdvara. Och det kommer att vara tillgängligt via molnet. Med IBM Q blev vi de första som visade att det går att ge en kvantupplevelse genom att koppla upp systemet till molnet, säger doktor Andreas Fuhrer som jobbar på IBM:s forskningsdivision i Zürich.