Kvante-gennembrud: Dansk chip kan give computere superkræfter

Forestil dig en nanopartikel, der er 1.000 gange mindre end tykkelsen på et hårstrå.

I partiklens indre er der en elektron, som konstant hopper mellem to baner i en bølgebevægelse. Præcis som når elektroner skifter mellem forskellige energitilstande i atomer.

Bevægelsen medfører, at der udsendes fotoner, altså lys.

Forskere fra Niels Bohr Institutet har indkapslet sådan en nanopartikel i en lidt større mikrochip, som er cirka 10 gange mindre end tykkelsen på et hårstrå. Det skriver Videnskab.dk.

Med mikrochippen kan forskerne med hidtil uset præcision kontrollere de fotoner, der bliver sendt ud fra nanopartiklen.

»Forskerne har lavet et kunstigt atom, som består af en elektron, der bevæger sig rundt i en nanostruktur,« forklarer Klaus Mølmer, der er professor i kvantefysik på Aarhus Universitet.

»De viser, at de kan styre, præcis hvornår det kunstige atom udsender fotoner, og at de kan dirigere dem præcis derhen, hvor de skal bruge dem,« uddyber professoren.

Klaus Mølmer har ikke selv har været involveret i eksperimenterne, men han har læst den videnskabelige artikel, der netop er publiceret i Science Advances.

Læs også: »Fantastisk eksperiment«: Skib flyder på hovedet i svævende væske

Supercomputere kan ikke følge med

Opfindelsen fra Niels Bohr Institutet kan blive en afgørende komponent i fremtidens kvantecomputere. Det er computere med en gigantisk ydeevne, der er mange gange større end de bedste supercomputere, der findes i dag.

Nogle af de kvantecomputere, der er under udvikling, bruger lyspartikler som kvantebits, der lagrer information.

»Vi demonstrerer, at vi med vores metode kan kode så meget information i kvantebits, at de bedste supercomputere ikke længere kan følge med,« siger Peter Lodahl, der er professor på Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og leder af grundforskningscentret Hy-Q.

»Det er et gennembrud for den type teknologi,« tilføjer han.

Peter Lodahls fotoniske mikrochip kan være med til at gøre kvantecomputere så overlegne, at de kan løse hidtil uløselige opgaver, for eksempel forudsige, hvordan proteiner i kroppen folder sig, eller hvilke materialer der vil fungere bedst for eksempel i solceller.

Læs også: Lad dig ikke fuppe med kvantefysik

Kinesisk kvantecomputer bruger fotoner

For nylig kom det frem, at kinesiske forskere har bygget en kvantecomputer, der også bruger fotoner som kvantebits.

Den kinesiske kvantecomputer har dog den svaghed, at fotonerne genereres spontant, ikke på kontrollerede tidspunkter som i Niels Bohr Institutets eksperimenter ifølge Peter Lodahl.

»De har ikke kontrol over dem, ligesom vi har. Vores kilde til kvantebits er deterministisk i den forstand, at når jeg trykker på en knap, så kommer der en foton ud. Det har kineserne ikke demonstreret endnu,« siger Peter Lodahl.

Selv om professoren ikke selv har mulighed for at bygge en kvantecomputer, tror han på, at hans opfindelse kan berige feltet.

»Vi kan udvikle forståelsen og fysikken og demonstrere, hvad der er muligt. Selve opskaleringen og udviklingen af en kvantecomputer er en meget større satsning. Vi håber, at kommercielle partnere kunne være interesserede i at tage skridtet videre og bruge vores forskning,« siger Peter Lodahl.

Kvantecomputere, for eksempel den kinesiske, der netop er blevet fremvist, og Googles, som sidste år løste et hidtil uløseligt matematisk problem, er stadig på et udviklingsstadie.

De eksperimentelle kvantecomputere kan kun løse et enkelt problem. De kan endnu ikke fungere som universelle computere, der kan klare hvilken som helst opgave, de bliver sat til.