Nu startar bygget av en svensk kvantdator

En forskningssatsning i miljardklassen ska göra Sverige världsledande inom kvantteknologi. I fokus ligger utvecklingen av en kvantdator med långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer. Satsningen, som leds av professor Per Delsing på Chalmers, är möjlig tack vare en jubileumsdonation på 600 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

 
Chalmers kvantprocessorer byggs av supraledande kvantbitar, i form av elektriska kretsar på ett mikrochip som kan försätta enstaka fotoner i kvanttillstånd. Operationerna måste ske i en kryostat, alldeles nära den absoluta nollpunkten, för att kretsarna ska vara supraledande, alltså leda ström helt utan motstånd. Att koppla ihop många kvantbitar är relativt lätt, men att ha kontroll på kvanttillstånd och göra felkorrigeringar är svårt. Forskarna lär sig idag bemästra sin första generation kvantdator uppbyggd av tre kvantbitar. Foto: Johan Bodell/Chalmers
 
De senaste årens forskningsframsteg inom kvantteknologi har placerat världen på tröskeln till en ny teknikrevolution – den andra kvantrevolutionen. Forskare har lärt sig att kontrollera enskilda kvantsystem som individuella atomer, elektroner och ljuspartiklar vilket öppnar dörren för helt nya möjligheter. I sikte finns extremt snabba kvantdatorer, avlyssningssäker kommunikation och hyperkänsliga mätmetoder.
 
Under ledning av Chalmers inleds nu en stor offensiv svensk satsning – Wallenberg Centre for Quantum Technology – för att bidra till, och realisera, den andra kvantrevolutionen. Runt 40 forskare ska rekryteras inom ramen för det tioåriga forskningsprogrammet som startar vid årsskiftet. Utöver donationen från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse tillkommer ytterligare medel från industrin, Chalmers och andra universitet, vilket ger en total budget på närmare en miljard kronor.
 
Programmets fokusprojekt är att bygga en kvantdator baserad på supraledande kretsar. Kvantdatorns minsta byggsten – kvantbiten – bygger på helt andra principer än dagens datorer, vilket gör att det går att hantera enorma mängder information med relativt få kvantbitar.
 
– Vårt mål är en fungerande kvantdator med åtminstone hundra kvantbitar. En sådan har långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer och kan exempelvis utnyttjas för att lösa optimeringsproblem, avancerad maskininlärning, och tunga beräkningar av molekylers egenskaper, säger Per Delsing (t h), professor i kvantkomponentfysik vid Chalmers och programdirektör för satsningen.
 
Intresset för kvantteknologi är stort världen över. Det investeras kraftigt i USA, Kanada, Japan och Kina. EU startar ett vetenskapligt flaggskepp på området 2019. Företag som Google och IBM satsar också på kvantdatorer, och har liksom Chalmers valt att basera dem på supraledande kretsar. Beslutsfattare och företagsledare börjar inse att kvantteknologin har potential att kraftigt förändra vårt samhälle, bland annat genom förbättrad artificiell intelligens, säker kryptering och effektivare design av läkemedel och material.
 
– Om Sverige ska fortsätta att vara en toppnation måste vi ligga långt framme inom dessa områden. Genom att satsa på långsiktig kompetensuppbyggnad och att attrahera de bästa unga forskarna kan vi på sikt sätta Sverige på kvantteknologikartan. Det finns ingen genväg och genom grundforskningssatsningar säkras den infrastruktur som behövs för att andra aktörer och företag över tid kan ta vid och utveckla applikationer och nya teknologier, säger Peter Wallenberg Jr.
 
Utöver fokusprojektet innefattar forskningsprogrammet en nationell excellenssatsning som ska utforska och bygga kompetens inom kvantteknologins fyra delområden: kvantdatorer, kvantsimulatorer, kvantkommunikation och kvantsensorer. Chalmers koordinerar de första två. Kunskapsuppbyggnaden inom kvantkommunikation leds av professor Gunnar Björk vid KTH, och professor Stefan Kröll vid Lunds universitet koordinerar området kvantsensorer.
 
Chalmers forskare har arbetat med supraledande kvantbitar i nästan 20 år och levererat många bidrag till kunskapsbygget inom fältet, med publiceringar i bland annat Nature och Science. De var bland de första i världen att skapa en supraledande kvantbit, och har utforskat helt ny fysik genom omfattande experiment på enskilda kvantbitar.

Göran Wendin, Per Delsing, Göran Johansson och Jonas Bylander heter de fyra forskare vid Chalmers som, tack vare donationen från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, nu ska ta fram Sveriges första kvantdator. Det sker inom ramen för nystartade Wallenberg Centre for Quantum Technology. Förutom dessa fyra huvudforskare kommer Gunnar Björk vid KTH koordinera forskningen inom kvantkommunikation, och Stefan Kröll vid Lunds universitet satsningen inom området kvantsensorer. Foto: Johan Bodell/Chalmers

– Jag är glad för att våra kvantfysikforskare, tillsammans med kollegor i övriga Sverige, får den här chansen att fokusera mot ett konkret och viktigt mål på ett sätt som hela Sverige kan dra nytta av kunskapsmässigt. Jag vill också rikta ett stort tack till Wallenbergstiftelsen för sitt djupa engagemang och långsiktiga stöd, säger Stefan Bengtsson, Chalmers rektor och vd.
 
Knut och Alice Wallenbergs stiftelse gör parallellt en miljardsatsning på artificiell intelligens, kanaliserad genom Wallenberg Autonomous Systems and Software program, WASP, som lanserades 2015. Detaljer kring den satsningen finns i pressmeddelande från Linköpings universitet:
Miljardsatsning på svensk ai-forskning
 
Läs mer om hur de båda jubileumsdonationerna kopplar till varandra i KAW:s pressmeddelande:

FAKTA
WALLENBERG CENTRE FOR QUANTUM TECHNOLOGY
- Wallenberg Centre for Quantum Technology är en tioårig miljardsatsning med målet att ta svensk forskning och industri till fronten av den andra kvantrevolutionen.
- Forskningsprogrammet ska utveckla och säkra svensk kompetens inom alla kvantteknologins delområden: kvantdatorer, kvantsimulatorer, kvantkommunikation och kvantsensorer.
- Forskningsprogrammet innefattar dels ett fokusprojekt med mål att utveckla en kvantdator, dels ett excellensprogram som täcker de fyra delområdena.
- Wallenberg Centre for Quantum Technology leds av och är till stor del lokaliserat på Chalmers. Delområdena kvantkommunikation och kvantsensorer koordineras av KTH respektive Lunds universitet.
- Satsningen omfattar en forskarskola, ett postdok-program, ett gästforskarprogram samt medel för rekrytering av unga forskare. Det kommer att säkerställa långsiktig, svensk kompetensförsörjning inom kvantteknologiområdet, även efter programmets slut.
- Samarbete med flera industripartner säkrar att tillämpningsområdena blir relevanta för svensk industri.
 
Läs mer i beskrivningen av forskningsprogrammet >>>
 
 
FAKTA
DEN ANDRA KVANTREVOLUTIONEN
Under 1900-talet ägde den första kvantrevolutionen rum. Den gav oss uppfinningar som lasern och transistorn – uppfinningar som ligger till grund för hela den informationsteknologi som formar dagens samhälle.
 
Efter många år av grundforskning kring häpnadsväckande kvantfenomen som superposition, sammanflätning och klämda tillstånd har forskarna lärt sig att kontrollera enskilda kvantsystem som individuella atomer, elektroner och ljuspartiklar. Att kunna kontrollera 20 kvantbitar innebär idag världsrekord, men utvecklingen går oerhört fort. Tillämpningar som extremt snabba kvantdatorer, avlyssningssäker kommunikation och hyperkänsliga mätmetoder finns nu inom räckhåll.
 
Därför investeras stort i kvantteknologi i hela världen. EU sjösätter en tioårig satsning på en miljard euro år 2019. Minst lika stora program finns i Nordamerika, Asien och Australien. It-företag som Google, IBM, Intel och Microsoft gör också betydande satsningar. Säker och snabb kommunikation är en stark drivkraft för teknologin. Redan idag finns kommersiella system som kan överföra kvantkrypteringsnycklar genom en obruten optisk fiber över avstånd på 100 kilometer, dock med ganska låg hastighet.
 
En nära förestående milstolpe, som forskare krigar om att nå, är att demonstrera en så kallad kvantfördel (på engelska quantum supremacy), vilket innebär att lösa ett problem som är utom räckhåll även för den mest kraftfulla klassiska datorn. För det krävs minst 50 kvantbitar. Det lär ske med hjälp av en kvantsimulator, en enklare form av kvantdator. Användbara tillämpningar av kvantsimulering förväntas inom fem år. Att realisera en fungerande programmerbar kvantdator kommer att ta betydligt längre tid.
 
Människans kunskap om världen och våra tekniska framsteg begränsas av vad vi kan mäta, och hur noggrant. Forskare håller också på att lära sig att använda enskilda partiklar, till exempel fotoner och elektroner, som sensorer i mätningar av krafter, gravitation, elektriska fält etc. Med kvantteknologi pressas mätförmågan långt bortom vad som tidigare varit möjligt.
 
Se och hör forskarna berätta mer i Chalmers film på Youtube >>>
 
Läs mer om centrala kvantfenomen i faktabladet >>>
Kvantteknologi (pdf, 260 kB)
 
För mer information, kontakta:
Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik, Chalmers, 031-772 3317, per.delsing@chalmers.se
Göran Johansson, professor i tillämpad kvantfysik, Chalmers, 031-772 3237, goran.l.johansson@chalmers.se


Publicerad: on 15 nov 2017. Ändrad: må 27 nov 2017