Chalmers-forskaren skeptisk till ny metod för kraftfull kvantdator

2021-08-25 11:04  

Några forskare i Australien säger sig ha en metod för att kunna manipulera en miljon kvantbitar i en kvantdator. ”Överord”, anser Jonas Bylander på Chalmers.

Texten är uppdaterad.

Kvantdatorer använder kvantbitar (qubits, på engelska) för att lagra och bearbeta information. Där en bit i en klassisk dator kan representera antingen en etta eller en nolla så kan en kvantbit utnyttja kvantfysikaliska fenomen som superposition och sammanflätning: en kvantbit kan representera en etta och en nolla samtidigt.

Det innebär att en kvantdator kan utföra vissa beräkningar betydligt snabbare än en klassisk dator. Så var fallet när Google häromåret sade sig demonstrera ”kvantöverlägsenhet” (en uppfattning bittra rivalen IBM inte delade).

Googles kvantdator bestående av 53 kvantbitar fick lösa ett på förhand designat problem, utan någon praktisk nytta. Det var en uppseendeväckande demonstration, men för att ta sig an verkliga problem – som exempelvis klimatberäkningar, eller snabbare utveckling av vaccin – kan det komma att krävas så mycket som en miljon kvantbitar.

Att försätta en kvantbit i superposition kräver kontrollsignalering med hjälp av en kabel för varje kvantbit. Kontrollsignaleringen kan med dagens metoder nämligen bara ske lokalt: signalen försämras allt mer ju längre bort kvantbiten befinner sig.

Ett IBM-kryostat förberedd för ett system med 50 kvantbitar. Foto: IBM

Det utspädningskryostat som har kommit att bli symbolbilden för kvantdatorer – den så kallade ”kristallkronan” – är till för att få bort den värme som kablarna genererar. Temperaturen vid kvantchipet är nära minus 273 grader Celsius. Högre temperaturer gör kvantbitarna mindre tillförlitliga.

En kabel för varje kvantbit fungerar om det rör sig om ett femtiotal eller hundratal, men för en dator med en miljon kvantbitar blir det ohållbart.

– Att addera allt fler kablar skulle ta upp mycket för mycket plats på ett chip, säger Jarryd Pla, forskare vid University of New South Wales, i en artikel på universitets webbplats.

Pla tillägger att allt för många kablar dessutom skulle generera för mycket värme.

”En liten transparent kristall”

Jarryd Plas lösning? En dielektrisk resonatorplatta direkt över chippet som genererar ett magnetfält med förmåga att kontrollera så mycket som fyra miljoner kvantbitar samtidigt. Pla och hans kollega Andrew Dzurak skriver själva om tekniken på sajten The Conversation:

”Den dielektriska resonatorn är en liten transparent kristall som fångar mikrovågor under en kort tidsperiod...det här gör att mikrovågorna kan interagera med kvantbitarna längre och kräver mindre effekt för att generera kontrollfältet. Det är avgörande för att kunna använda tekniken inuti kryostatet”.

En illustration av hur kristallen, en dielektrisk resonator, kan kontrollera miljontals kvantbitar på ett enhetligt vis. Foto: UNSW

– Det finns två innovationer här. Den första är att vi inte behöver så mycket effekt för att få ett starkt kontrollfält för kvantbitarna. Det är avgörande, eftersom vi då inte genererar mycket värme. Den andra innovationen är att fältet är väldigt väl fördelat över hela chippet så att alla miljontals kvantbitar kan kontrolleras i samma utsträckning, säger Jarryd Pla.

Värt att notera är också att forskarna använder vanliga kiselkomponenter till skillnad från supraledande kvantbitar, som för tillfället är en vanligare metod i konstruktionen av kvantdatorer.

Det ska tilläggas att det onekligen återstår arbete. Forskarna har i den expertgranskade vetenskapliga tidskriften Science Advances demonstrerat att de med sin kristall, på ett chip med endast två kvantbitar, kan få kvantbitarna att växla spinnstadium (alltså att ”gå från en etta till en nolla”). Men forskarlaget kan än så länge inte på beställning försätta dem i superposition.

Icke desto mindre är Jarryd Pla hoppfull.

– Det finns ingenjörsutmaningar att lösa innan processorer med en miljon kvantbitar kan produceras, men det känns spännande att vi nu kommit på ett sätt att kontrollera dem.

Svensk expert kritisk

Men Jonas Bylander, chef för Chalmers kvanttekniklabb, tycker att forskarna i Australien använder ”överord”.

I ett mejl till Ny Teknik skriver Bylander:

”Det är en intressant teknik med kvantbitar som är baserade på elektroners spinn i kiselkomponenter. Den har några möjliga fördelar men är nog ännu svårare att få att fungera tillräckligt bra jämfört med supraledande kvantbitar, som är den ledande teknologin.

Förespråkarna framhåller att kiselindustrin är så avancerad att man kommer att kunna dra nytta av den för att integrera kretsarna bättre än med andra tekniker, men det återstår att se. Svårigheten med alla teknologier är främst att göra manipulationer på alla kopplade kvantbitar med extremt hög precision, och det verkar inte lättare i kisel.

Det är omöjligt att säga att deras metod kommer att fungera för att kontrollera många kvantbitar när de inte ens har visat att den fungerar för två.”

Chalmersforskaren Jonas Bylander framför kryostat. En kvantdator behöver kontrolleras med komplexa mikrovågssignaler och kylas och isoleras från ljus, elektriska och magnetiska fält och vibrationer som stör superpositionstillstånd.

Peter Ottsjö

Mer om: Kvantdator

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt