Forskare har hittat ett sätt att bygga en hybridkvantdator. Genombrottet kan göra det möjligt att simulera naturens mest komplexa krafter.
Ny hybridteknik kan lösa kvantdatorernas absolut största problem
Kvantdatorer spås förändra teknologins framtid i grunden, men de möter i dag stora hinder när de ska kartlägga universums grundläggande byggstenar, enligt Science Alert och en ny studie publicerad i tidskriften Physical Review X.
De partiklar som bygger upp vår verklighet delas upp i fermioner och bosoner. Fermioner är själva materien, så som elektroner och protoner. Bosoner är kraftbärande partiklar, exempelvis fotoner. Dagens kvantdatorer är duktiga på att beräkna fermioner med hjälp av kvantbitar.
Däremot stöter de på patrull när bosoner ska simuleras, eftersom bosoner kan överlappa varandra i samma kvanttillstånd. Att skala upp antalet kvantbitar för att hantera detta skapar snabbt enorma mängder felaktigheter.
Lugn, du hittar en faktaruta längre ner i texten om det börjar bli rörigt.
Ett forskarlag under ledning av fysikern Eleanor Crane vid King’s College London har dock utvecklat ett nytt teoretiskt ramverk som kan kringgå den här flaskhalsen. Genom att integrera kvantbitar med mikrovågsresonatorer i supraledande kretsar skapas en hybridlösning där partiklarna kan beräknas utan att systemen drunknar i brus.
Läs också: Snart kan BankID knäckas – kvantdatorer snabbare än väntat. Dagens PS
Utnyttjar befintliga komponenter i systemet
Konstruktionen bygger på att använda komponenter som redan existerar inom supraledande kvantteknik. Mikrovågorna som cirkulerar i hålrummen är i praktiken partiklar av ljus och fungerar därför som naturliga bosoner. Istället för att tvinga fram komplexa och resurskrävande koder kan forskarna låta systemets egna egenskaper utföra beräkningarna direkt på mikrovågsnivå.
Forskargruppen har visat att hybridsystemet minskar beräkningsbördan drastiskt jämfört med konventionella enheter. Att återskapa motsvarande precision på en vanlig kvantdator kräver en feltolerans som i dag ligger långt bortom vad ingenjörer kan bygga.
Med hybridmetoden kan beräkningarna genomföras med rimliga hårdvarukrav och med en teknik som ligger nära dagens befintliga komponenter.
Det här öppnar dörren för att modellera avancerade material och kemiska förlopp långt innan storskaliga, helt felkorrigerade kvantdatorer är färdigutvecklade på marknaden.
Banar väg för bättre batterier och material
Den nya metoden kan få konkreta tillämpningar inom såväl materialvetenskap som framtidens fordonsindustri. När forskare mer precist kan simulera hur elektroner och vibrationer samverkar i fasta material ökar chansen att förstå högtemperatursupraledare och skapa energilagring med minimala förluster.
Tekniken gör det även möjligt att studera tvådimensionella material som grafen med högre precision. Inom kemin kan samma principer användas för att kartlägga fotosyntesens energiöverföring och effektivisera nästa generations solceller.
Faktaruta: Begreppen bakom tekniken
-
Fermioner: Materiepartiklar som bygger upp universum, till exempel elektroner och protoner. De kan inte ta upp samma utrymme samtidigt.
-
Bosoner: Kraftbärande partiklar, som fotoner (ljus) och fononer (vibrationer). Flera bosoner kan dela exakt samma kvanttillstånd.
-
Kvantbit (qubit): Den grundläggande informationsenheten i en kvantdator. Motsvarar vanliga datorers ettor och nollor men kan vara båda samtidigt.
-
Mikrovågsresonator: En kammare eller krets som fångar och hanterar mikrovågsstrålning med specifika frekvenser för att lagra information.
-
Supraledare: Material som kan leda elektrisk ström helt utan motstånd eller energiförluster vid låga temperaturer.
-
Grafen: Ett extremt starkt och tunt material som endast består av ett enda lager kolatomer.
Om du ändå inte hängde med
Forskare har alltså kommit på ett nytt och smartare sätt att bygga kvantdatorer genom att blanda vanliga kvantbitar med små mikrovågslådor, vilket i sin tur gör att datorerna inte behöver gissa eller göra lika många fel när de räknar på naturens minsta krafter och ljuspartiklar.
Eftersom man kan använda delar som redan finns i dag kan den här tekniken snart hjälpa oss att förstå svåra material och bygga mycket bättre batterier och solceller långt snabbare än man tidigare trott.
Läs också:
Buffetts barn får knepig uppgift – ska ge bort 150 miljarder. Dagens PS
