Per Delsing och nydisputerade Ida-Maria Svensson
Per Delsing och nydisputerade Ida-Maria Svensson i labbet. I den vita cylindern, kryostaten, finns extremt nedkylda kvantbitar vars livstider forskarna håller på att mäta. Foto: Johan Bodell

​​​​​​​​​​

Nu ska kvantdatorn bli verklighet

​En forskningssatsning i miljardklassen ska göra Sverige världsledande inom kvantteknologi. Nu har chalmersforskarna påbörjat arbetet med att utveckla en kvantdator med långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer.
Dagarna är för närvarande proppfulla av intervjuer. Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik på Chalmers, är i full färd med att rekrytera högkompetenta forskare och doktorander som ska hjälpa till att ro i hamn ett ytterst utmanande projekt: att bygga en kvantdator som vida överträffar dagens bästa datorer.

– Det är A och O att få in rätt personal. Men det ser lovande ut, vi har fått in många bra ansökningar, säger Per Delsing.

Kvantdatorbygget är huvudprojekt i det tioåriga forskningsprogrammet Wallenberg Centre for Quantum Technology som sjösattes vid årsskiftet tack vare en donation på 600 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Med ytterligare medel från Chalmers, industrin och andra universitet landar den totala budgeten på närmare en miljard kronor.

Målet är att göra Sverige till en frontspelare inom kvantteknologi. De senaste årens forskningsframsteg inom kvantteknologi har nämligen placerat världen på tröskeln till en ny teknikrevolution – den andra kvantrevolutionen. 

grafik, på tröskeln till kvantrevolutionen.Grafik: Yen StrandqvistDen första kvantrevolutionen ägde rum på 1900-talet, när man lärt sig att utnyttja kvantmekaniska egenskaper hos ljus och material. Det ledde bland annat till lasern och transistorn – uppfinningar som ligger till grund för informationsteknologin som i stor utsträckning formar dagens samhälle.

Nu har forskarna också lärt sig att kontrollera enskilda kvantsystem som individuella atomer, elektroner och fotoner, vilket öppnar upp helt nya möjligheter. I sikte finns extremt snabba kvantdatorer, avlyssningssäker kommunikation och hyperkänsliga mätmetoder.

Intresset är stort världen över. 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. Det investeras kraftigt i flera länder och EU startar ett vetenskapligt flaggskepp på området nästa år.

– Om Sverige ska fortsätta att vara en toppnation måste vi ligga långt framme här, säger Peter Wallenberg Jr.

Flera universitet och stora datorföretag, som Google och IBM, satsar på att försöka bygga en kvantdator. Kvantdatorns minsta byggsten – kvantbiten – bygger på helt andra principer än dagens datorer (se grafiken). Det gör att det går att hantera enorma mängder information med relativt få kvantbitar. För att överträffa beräkningskraften hos dagens superdatorer räcker det med 50–60 kvantbitar. Chalmersforskarna siktar på att nå minst hundra kvantbitar inom tio år.

– En sådan kvantdator skulle exempelvis kunna utnyttjas för att lösa optimeringsproblem, avancerad maskininlärning och tunga beräkningar av molekylers egenskaper, säger Per Delsing som leder forskningsprogrammet.

Chalmersforskarna har valt att basera sin kvantdator på supraledande kretsar. De har arbetat med enstaka supraledande kvantbitar i nästan 20 år och levererat många bidrag till kunskapsbygget inom fältet. Nu ska de alltså skala upp och få många kvantbitar att fungera tillsammans.

I labbet arbetar de just nu med att förbättra livstiden för enstaka kvantbitar. Kvantfysiska tillstånd är nämligen oerhört känsliga, och kollapsar efter hand om de utsätts för störningar. Bland annat målar forskarna insidan av experimentkammaren svart för att störande mikrovågor som lyckas slinka in via kablar snabbt ska absorberas. De håller även på att undersöka och utvärdera olika strategier för att koppla kvantbitar till varandra, vilket är nödvändigt för att kunna utföra ordentliga beräkningar.

– Utöver livstiden och kopplingen mellan kvantbitar, är antalet kvantbitar en viktig pusselbit att lösa. Att tillverka många av dem är lätt, men vi måste hitta smarta sätt att utnyttja utrustningen för att kontrollera var och en av dem. Annars blir det jättedyrt, förklarar Per Delsing.

För att projektet ska kunna få initierade råd håller de på att inrätta ett vetenskapligt råd. Per Delsing väntar just nu på svar från åtta kvantteknologiexperter som tillfrågats att sitta med.

– De blir ett bollplank som vi kan diskutera komplicerade frågor med, till exempel hur snabbt vi ska skala upp antalet kvantbitar. Teknologin som vi behöver för att bygga kvantdatorn utvecklas hela tiden och det är knivigt att avgöra när det är rätt tillfälle att köpa in, säger han.

Också på teorisidan ligger rekrytering av kompetent personal i fokus just nu. Teoretiska fysikern Giulia Ferrini, expert på kvantberäkningar i kontinuerliga variabler, var på plats redan i januari och rekryteringsprocessen pågår med ett antal sökanden. Totalt ska 15 personer anställas på Chalmers.

– Vi har fått stort gensvar och bra sökande. Att få in rätt folk är det allra viktigaste – projektet blir inte bättre än medarbetarna, säger Göran Johansson som är professor i tillämpad kvantfysik och en av huvudforskarna inom kvantdatorprojektet.

De teoretiska ansträngningarna kommer till en början fokusera på att utveckla en datormodell av kvantdatorexperimentet, så att de kan hjälpa experimentalisterna framåt genom simuleringar.

– En utmaning är att tidigt identifiera vilka egenskaper som är viktiga i modellen, så att vi inte tar med för många detaljer när vi skalar upp. Annars kommer vi att slå i taket för vad en superdator klarar av att simulera redan innan vi kommer upp till fyrtio kvantbitar, säger Göran Johansson.

En annan viktig uppgift för teoretikerna är att utforska vad en kvantdator av modell mindre kan göra. Med åttatusen välfungerande kvantbitar hade man kunnat köra den så kallade Shors algoritm – som väckte världens intresse för att bygga kvantdatorer – och knäcka dagens krypteringssystem. Men de första kvantdatorerna, som kan göra något utöver vad en vanlig dator kan, kommer att vara betydligt mindre.

– Frågan är vad som blir genombrottstillämpningen för en liten kvantdator. Vi behöver ta reda på vad en hundrabitars kvantdator kan lösa för problem som någon är intresserad av att veta svaret på, säger Göran Johansson.

Här kommer samarbete med företag in i bilden – från dem kan forskarna få uppslag till verklighetsnära och angelägna tillämpningar att undersöka. Chalmersforskarna har bland annat fört diskussioner med Astrazeneca, som skulle ha mycket att vinna på att kunna beräkna stora molekylers egenskaper i sin läkemedelsutveckling, och Jeppesen som arbetar med att optimera flygplansbesättningar och -rutter. Intresset för att bli en del av kvantteknologisatsningen är generellt stort bland företag som har utmaningar som skulle vara lämpliga att lösa med en kvantdator. 

– De är angelägna om att inte missa tåget. Det här kan gå ganska fort när det väl kommer igång, och då är det viktigt att ha kompetens och kunna varva upp i rätt takt, säger Per Delsing.
Foto: Johan Bodell

Grafik: Yen Strandqvist



Visa ▼

Fakta om 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 kvantteknologins alla delområden.
  • Forskningsprogrammet innefattar ett fokusprojekt med mål att utveckla en kvantdator, samt 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.
Källa: Chalmers magasin nr1 2018

Publicerad: ti 19 jun 2018. Ändrad: må 20 aug 2018