Forskare från Köpenhamns universitet har avancerat sin kvantteknologi i en sådan grad att klassisk datorteknik inte längre kan hänga med. De har utvecklat ett chip som, med ekonomiskt stöd, skulle kunna skalas upp och användas för att bygga framtidens kvantsimulator. Deras resultat publiceras nu i Vetenskapens framsteg .

Först kom Google. Nu, forskare vid Köpenhamns universitets Niels Bohr Institute i samarbete med University of Bochum har gått med Google i kapplöpningen om att bygga världens första kvantdator med vad de kallar ett "stort genombrott".

"Vi har nu verktyget som gör det möjligt att bygga en kvantsimulator som kan överträffa en klassisk dator. Detta är ett stort genombrott och det första steget in på okänt territorium i kvantfysikens värld, " hävdar professor Peter Lodahl, Direktör för Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q).

Specifikt, forskarna utvecklade ett nanochip som var mindre än en tiondel så tjockt som ett människohår. Chipet tillåter dem att producera tillräckligt med stabila ljuspartiklar, känd som fotoner, kodad med kvantinformation för att skala upp tekniken, och därigenom, kan uppnå vad som kallas "kvantfördel":det tillstånd där en kvantenhet kan lösa en given beräkningsuppgift snabbare än världens mest kraftfulla superdator.

Medan forskarna ännu inte har genomfört ett verkligt "kvantfördel"-experiment, deras artikel i Vetenskapens framsteg bevisar att deras chip producerar en kvantmekanisk resurs som kan användas för att nå "kvantfördelar" med redan demonstrerad teknologi.

För att uppnå detta tillstånd krävs att man kan kontrollera cirka 50 kvantbitar, "qubits" – kvantfysikens motsvarighet till de binära bitarna av nollor och ettor som används i våra klassiska datorer – i en omfattande experimentell uppsättning som ligger långt bortom universitetets egna ekonomiska resurser.

"Det kan kosta oss 10 miljoner euro att utföra ett verkligt experiment som samtidigt kontrollerar 50 fotoner, som Google gjorde det med supraledande qubits. Det har vi helt enkelt inte råd med. Dock, vad vi som vetenskapliga forskare kan göra är att utveckla en fotonkälla och bevisa att den kan användas för att uppnå "kvantfördelar." Vi har utvecklat den grundläggande byggstenen, " förklarar adjunkt Ravitej Uppu, huvudförfattare till resultaten.

"Sålänge, vi kommer att använda våra fotonkällor för att utveckla nya och avancerade kvantsimulatorer för att lösa komplexa biokemiska problem som kan, till exempel, användas för att utveckla nya läkemedel. Så, vi förbereder redan nästa steg för tekniken. Att vara på ett universitet gör att man kan etablera grunden för en teknik och visa möjligheterna, Medan definitiv teknikuppskalning kräver större investeringar. Vi kommer att arbeta för att etablera ett starkt europeiskt konsortium av akademiska och industriella partners med fokus på att bygga fotoniska kvantsimulatorer med "kvantfördelar", ", fortsätter Peter Lodahl.

En ljus framtid för uppskalning av kvantdatorer Det finns olika skolor i världen av qubit-utveckling för kvantdatorer, beroende på vilka "kvantbyggstenar" man börjar med:atomer, elektroner, eller fotoner. Varje plattform har för- och nackdelar, och det är fortfarande svårt att förutse, vilken teknik kommer att segra.

Den främsta fördelen med ljusbaserade kvantdatorer är att tekniken redan finns tillgänglig för att skala upp till många qubits på grund av tillgången på avancerade fotoniska chips, som har utvecklats för telekombranschen. En stor utmaning för att generera foton-qubits har varit att göra det med tillräckligt hög kvalitet. Det var just här som Köpenhamnsforskarna fick sitt genombrott.

"Danmark och Europa har stolta traditioner inom kvantoptikforskning, och samtidigt en stark telekomindustri och infrastruktur. Det skulle vara riktigt spännande att kombinera dessa styrkor i ett storskaligt initiativ dedikerat till fotoniska kvantdatorer. Det skulle vara fantastiskt att vara en del av en process som sträcker sig hela vägen från grundläggande kvantfysik till nya tekniska tillämpningar, säger Peter Lodahl.