Hvordan bygge en kvantedatamaskin

Professor Leo Kouwenhoven er et sentralt medlem av Microsoft Quantum-teamet – og leder et team av forskere og ingeniører ved Microsoft Quantum Lab i Delft i Nederland. Vi spurte professor Leo hvorfor det er så vanskelig å bygge en kvantedatamaskin.

Hvorfor er det så vanskelig å bygge en kvantedatamaskin? Vi har ikke alle svarene på dette spørsmålet. Men vi vet at de i en verden av atomer og molekyler styres av kvantemekaniske regler. I vår verden – en verden der baller og epler faller ned – er reglene klassisk. Hva vi ikke vet, ennå, er forbindelsen mellom de to settene av regler.

For å bygge en kvantedatamaskin må vi bruke vår klassiske forståelse til å bygge og styre et kvantesystem. Og det er ikke lett. Vi bruker klassiske signaler og objekter og prøver å «blåse liv i» kvanteatferden i disse materialene.

Men det er ikke kvantemekanikk som i atomer og molekyler. Vi bruker elektroniske brikker, og vi utformer og styrer dem slik at den dominerende atferden til elektronene i brikkene er kvantemekaniske.

Kvantemekanikk i lommen

Du tror kanskje at en kvantedatamaskin er svært liten, fordi vi gjør bruk av mindre partikler til å lage en kvantekrets, men det stemmer ikke helt. Kvantekretsen er i seg selv svært liten – mindre enn øyet kan se. Men maskinen som trengs til å avkjøle og styre den, er kjempestore. Altså, i forhold til datamaskinene vi kan putte i lommen i dag.

Hvorfor må vi avkjøle kretsen med slike store maskiner? Vel, vi må få dem ned til nesten absolutt null – null kelvin – for å gjøre den dominerende atferden i brikkene kvantemekanisk.

I romtemperatur er alt klassisk, ikke kvantemekanisk – hvor objekter er i superposisjon. Det vil si i to forskjellige posisjoner samtidig. Ved disse svært lave temperaturene, som nås gjennom høye kjøleskap, kan vi gjøre ting kvantemekanisk.

Og det er ikke noe du ønsker å gå rundt med i lommen!

Microsofts kvantemekaniske tilnærming

Microsofts tilnærming til kvantemekanisk databehandling er forskjellig. Denne tilnærmingen kalles «topologisk». Tradisjonelt er det å bygge en kvantekrets som å bygge et korthus. Du prøver å bygge en stor struktur ved å sette kort oppå hverandre, og den minste støyen eller forstyrrelsen fra utsiden vil ødelegge korthuset.

Med en topologisk krets, bygget med topologiske qubiter, har vi noe som ligner mer på Lego-klosser. Med Lego kan du enklere koble klossene sammen og bygge store strukturer uten at strukturen blir svakere.

Det er den store forskjellen mellom å bygge kretser med qubiter i forhold til kretser med topologiske qubiter. Et korthus blir større og mer ustabilt, mens en Lego-struktur blir større og sterkere.

«Fremtiden er kvantemekanisk»

Vår samarbeidende tilnærming til kvantemekanikk gjør at vi kan fremskynde vitenskapelig læring og ta databehandling til neste nivå. Disse vitenskapelige gjennombruddene er bare mulige gjennom å få utvikling og teori til å fungere sammen.

Med en stabil topologisk qubit kan vi skalere raskt og klare å løse noen virkelige problemer med kvantemekanisk databehandling. Problemer som klimaendring, helsespørsmål, økonomiske utfordringer, optimaliseringsgåter, som trafikkork, robotikk og mye, mye mer.

Ved å koble en kvantedatamaskin til Azure-skyplattformen kan vi gjøre denne databehandlingskraften tilgjengelig for mange flere mennesker – og gi dem, og deg, muligheten til å gjøre utrolige ting.

Vi tror at fremtiden er kvantemekanisk – og Microsoft er forpliktet til å fremme denne revolusjonen. Og vi ønsker å være en del av den også.