Att bygga en kvantdator

Professor Leo Kouwenhoven är en nyckelspelare i Microsofts kvantteknikteam. Han leder bland annat researchteamet med forskare och tekniker vid Microsoft Quantum Lab i Holländska Delft. Vi frågade professor Kouwenhoven varför det är så svårt att bygga en kvantdator.

Varför är det så svårt att bygga en kvantdator? Vi har inte alla svar på den här frågan, men vi vet att det finns principer som styr atomers och molekylers beteende och att de är kvantmekaniska. I vår värld, där bollar och äpplen faller, är principerna klassiska. Än så länge känner vi inte till hur de här två uppsättningarna principer hänger ihop.

För att vi ska kunna bygga en kvantdator måste vi använda vår klassiska uppfattning för att bygga och styra ett kvantsystem. Det är inte lätt. Vi använder klassiska signaler och objekt och försöker ”få igång” kvantbeteende i dessa material.

Det är dock inte den kvantmekanik som finns i atomer och molekyler. Här använder vi elektroniska chipp och vi utformar och styr dem så att elektronernas dominerande beteende i dessa chipp blir kvantmekaniska.

Kvantmekanik i fickan

Man kan tro att en kvantdator är väldigt liten eftersom vi använder väldigt små partiklar för att göra en kvantkrets, men så är det inte riktigt. Själva kvantkretsen är väldigt liten, så liten att inte ögat kan uppfatta den. Men maskinen som du behöver för att kyla ned den och kontrollera den är enorm. Ja, i alla fall jämfört med de datorer vi har i fickorna idag.

Varför måste vi kyla ned kretsen med så stora maskiner? Vi måste få ned temperaturen nästan till den absoluta nollpunkten (0 K) för att det dominerande beteendet i chippen ska bli kvantmekaniskt.

Vid rumstemperatur är allt klassiskt, inte kvantmekaniskt, då objekten är i superposition, det vill säga i flera positioner samtidigt. Vid de här låga temperaturerna, vilka vi uppnår genom meterhöga kylapparater, kan vi få saker att bli kvantmekaniska.

Och det vill du verkligen inte ha i fickan!

Microsofts syn på kvantmekanik

Microsoft sätt att hantera kvantdatorer är lite annorlunda. Det kallas ”topologiskt”. Att bygga en kvantkrets på traditionellt sätt är som att bygga ett korthus. Du försöker skapa en stor konstruktion genom att lägga kort ovanpå varandra, och minsta lilla brus eller störning utifrån kommer att rasera korthuset.

I en topologisk krets, som är byggd med topologiska kvantbitar, får vi något som mer liknar Lego-bitar. Precis som med Lego kan du enkelt sätta ihop bitarna och skapa stora konstruktioner utan att de blir svagare.

Det är den stora skillnaden mellan att bygga kretsar med kvantbitar och kretsar med topologiska kvantbitar. Ett korthus blir större och mer instabilt, medan en Lego-konstruktion blir större och starkare.

”Framtiden är kvantmekanisk”

Genom att samarbeta med andra kan vi få vetenskapliga insikter snabbare och ta databehandlingen till en högre nivå. Sådana vetenskapliga genombrott kan bara nås om både teknik och teori samverkar.

Om vi har en stabil topologisk kvantbit kan vi snabbt anpassa oss och hjälpa till att lösa några verkliga problem med hjälp av kvantdatorer. Problem som klimatförändringar, hälsoproblem, ekonomiska utmaningar, optimeringspussel (som trafikstockningar), robotteknik och mycket, mycket mer.

Om vi ansluter en kvantdator till Azure-molnplattformen kan vi göra den här datakraften tillgänglig för väldigt många, och alla får då möjlighet att göra så mycket mer.

Microsoft anser att framtiden är kvantmekanisk, och vårt mål är att bidra till den här revolutionen. Vi vill att du också blir en del av den.