Ett internationellt lag, ledd av en forskare från University of Sussex, har idag presenterat den första praktiska planen för hur man bygger en kvantdator, den mest kraftfulla datorn på jorden.

Detta enorma steg framåt mot att skapa en universell kvantdator publiceras idag (1 februari 2017) i den inflytelserika tidskriften Vetenskapliga framsteg (1). Det har länge varit känt att en sådan dator skulle revolutionera industrin, vetenskap och handel i liknande skala som uppfinningen av vanliga datorer. Men det här nya verket har den faktiska industriella planen för att konstruera en sådan storskalig maskin, mer kraftfull när det gäller att lösa vissa problem än någon dator som någonsin konstruerats tidigare.

En gång byggt, datorns funktioner betyder att den skulle ha potential att besvara många frågor inom vetenskapen; skapa ny, livräddande läkemedel; lösa de mest häpnadsväckande vetenskapliga problemen; avslöja de ännu okända mysterierna längst ut i det djupaste rummet; och lösa några problem som en vanlig dator skulle ta miljarder år att beräkna.

Arbetet har en ny uppfinning som tillåter faktiska kvantbitar att överföras mellan enskilda kvantberäkningsmoduler för att erhålla en fullt modulär storskalig maskin som kan nå nästan godtyckliga stora beräkningskrafter.

Tidigare, forskare hade föreslagit att använda fiberoptiska anslutningar för att ansluta enskilda datormoduler. Den nya uppfinningen introducerar anslutningar skapade av elektriska fält som gör att laddade atomer (joner) kan transporteras från en modul till en annan. Detta nya tillvägagångssätt tillåter 100, 000 gånger snabbare anslutningshastigheter mellan enskilda kvantberäkningsmoduler jämfört med nuvarande toppmodern fiberlänksteknik.

Den nya ritningen är verk av ett internationellt team av forskare från University of Sussex (Storbritannien), Google (USA), Aarhus universitet (Danmark), RIKEN (Japan) och Siegen University (Tyskland).

Prof Winfried Hensinger (2), chef för Ion Quantum Technology Group (3) vid University of Sussex, som har lett denna forskning, sade:"I många år, människor sa att det var helt omöjligt att konstruera en verklig kvantdator. Med vårt arbete har vi inte bara visat att det kan göras, men nu levererar vi en konstruktionsplan för muttrar och bultar för att bygga en verklig storskalig maskin. "

Huvudförfattare Bjoern Lekitsch, även från University of Sussex, förklarar:"Det var viktigast för oss att lyfta fram de stora tekniska utmaningarna och att tillhandahålla praktiska tekniska lösningar".

Som ett nästa steg, laget kommer att konstruera en prototyp kvantdator, baserat på denna design, vid universitetet.

Insatsen är en del av den brittiska regeringens plan för att utveckla kvantteknik mot industriell exploatering och använder en ny uppfinning (4) av Sussex-teamet för att ersätta miljarder laserstrålar som krävs för kvantberäkning inom en storskalig kvantdator med enkel applicering av spänningar på ett mikrochip.

Prof Hensinger sa:"Tillgängligheten av en universell kvantdator kan ha en grundläggande inverkan på samhället som helhet. Utan tvekan är det fortfarande utmanande att bygga en storskalig maskin, men nu är det dags att översätta akademisk excellens till verklig applikation som bygger på Storbritanniens styrkor i denna banbrytande teknik. Jag är mycket glada över att få arbeta med industrin och regeringen för att få detta att hända. "

Datorns möjligheter att lösa, att förklara eller utveckla kan vara oändligt. Dock, dess storlek kommer att vara allt annat än liten. Maskinen förväntas fylla en stor byggnad, bestående av sofistikerade vakuumapparater med integrerade kvantberäknings kiselmikrochips som håller individuella laddade atomer (joner) med hjälp av elektriska fält.

Planen för att utveckla sådana datorer har offentliggjorts för att säkerställa att forskare över hela världen kan samarbeta och vidareutveckla denna lysande, banbrytande teknik samt att uppmuntra industriell exploatering.