Hvorfor er det så svært at bygge en kvantecomputer?

Professor Leo Kouwenhoven har en central rolle i Microsofts Quantum-team – og leder et team af forskere på Microsoft Quantum Lab i Delft, Holland. Vi spurgte professor Leo, hvorfor det er så svært at bygge en kvantecomputer.

Hvorfor er det så svært at bygge en kvantecomputer? Vi har ikke alle svarene på dette spørgsmål. Men vi ved, at verden består af atomer og molekyler, og de regler, der regulerer deres adfærd, er kvantebaserede. I vores verden – hvor bolde og æbler falder til jorden – er reglerne typiske. Vi har dog endnu ikke kendskab til selve forbindelsen mellem de to regelsæt.

Det, vi skal gøre – for at bygge en kvantecomputer – er at bruge vores typiske forståelse til at bygge og styre et kvantesystem. Og det er ikke let. Vi bruger typiske signaler og objekter og forsøger at “virkeliggøre” kvanteadfærden i disse materialer.

Men det er ikke kvantemekanikken som i atomer og molekyler. Her bruger vi elektroniske chip – og vi udvikler og styrer dem på en sådan måde, at den dominerende adfærd af elektronerne i disse chips er kvantebaseret.

Kvantecomputer i lommen

Du tænker måske, at en kvantecomputer er meget lille, fordi vi bruger mindre partikler til at lave et kvantekredsløb, men det er ikke helt sandt. Kvantekredsløbet i sig selv er meget småt – mindre end øjet kan se. Men den maskine, der skal bruges til at køle det ned og styre det, er enorm. I hvert fald i forhold til de computere, vi går rundt med i lommerne i dag.

Hvorfor har vi brug for at nedkøle kredsløbet med så store maskiner? Vi har brug for at nedkøle dem til næsten absolut nul – nul Kelvin – for at få den dominerende adfærd i disse chips til at blive kvantebaseret.

Ved stuetemperatur er alt i typisk tilstand, ikke kvantebaseret – hvor objekter er i superposition. Dvs. i to forskellige positioner på samme tid. Ved disse meget lave temperaturer der opnås med meterhøje køleskabe, kan vi gøre ting kvantebaserede.

Og det er ikke noget, du ønsker at lægge i lommen!

Microsofts kvantetilgang

Microsofts tilgang til kvantecomputere er anderledes. Den kaldes for “topologisk”. At bygge et kvantekredsløb minder traditionelt set om at bygge et korthus. Du forsøger at bygge en stor struktur ved at sætte kortene oven på hinanden, og den mindste støj eller indblanding udefra får korthuset til at falde sammen.

Med et topologisk kredsløb, der er bygget med topologiske kvantebit, har vi mere noget i stil med Lego-klodser. Med Lego kan du lettere forbinde murstenene og bygge store strukturer uden at gøre strukturen svagere.

Det er den store forskel mellem at bygge kredsløb med kvantebit i forhold til kredsløb med topologiske kvantebit. Et korthus bliver større og mere ustabilt, mens en Lego-struktur bliver større og stærkere.

“Fremtiden er kvantebaseret”

Vores samarbejdsbaserede tilgang til kvantetilstanden betyder, at vi kan fremskynde videnskabelig læring og tage databehandling til det næste niveau. Disse videnskabelige gennembrud er kun mulige ved at få teknik og teori til at arbejde sammen.

Med en stabil topologisk kvantebit kan vi hurtigt skalere ting og hjælpe med at løse virkelige problemer via kvantecomputere. Problemer som klimaændringer, sundhedsproblemer, finansielle udfordringer og optimeringspuslespil som trafikpropper, robotteknologi og meget mere.

Ved at slutte en kvantecomputer til Azure Cloud-platformen kan vi gøre denne computerkraft tilgængelig for mange flere mennesker – og styrke dem, og dig, til at udrette fantastiske ting.

Vi mener, at fremtiden er kvantebaseret – og Microsoft lægger vægt på at styrke denne revolution. Og vi ønsker også at være en del af den.