Sebastian Krinner är den första vinnaren av Lopez-Loreta-priset på ETH Zürich. Fysikern har ett tydligt mål:han vill bygga en kvantdator som inte bara är kraftfull, men fungerar också utan fel.

"Här, längst ner i denna vita behållare, är kretsarna, "förklarar Sebastian Krinner med uppenbar stolthet, efter att ha guidat besökaren genom det stora rummet fullt av högteknologisk utrustning. Fysikern har satt upp sitt experiment på baksidan av Quantum Device Lab - och han kommer sannolikt att spendera otaliga arbetstider här under de kommande åren. Trots allt, i år är Krinner den första mottagaren av det prestigefyllda Lopez-Loreta-priset, vilket gör det möjligt för honom att fortsätta med sitt projekt på ETH Zürich under de närmaste åren.

Känsliga kvanttillstånd

Krinner bedriver ett ambitiöst åtagande. Som seniorvetare i Andreas Wallraffs forskargrupp, han syftar till att ta utvecklingen av kvantdatorer ett stort steg längre. "När det gäller kvantdatorer, målet är oftast att styra så många qubits som möjligt, "förklarar han." Men människor glömmer ofta att qubits inte fungerar felfritt som bärare av kvantinformation. "De sköra kvanttillstånden kan störas ganska lätt, så att felaktigheter och felaktig information kan krypa in i beräkningar.

Så hur kan denna felprocent hållas så låg som möjligt? Krinner syftar till att visa att detta kan uppnås med hjälp av logiska qubits. En logisk qubit består av flera sammanlänkade qubits som fungerar tillsammans som en enda qubit, men på ett mer stabilt sätt och därmed mindre benägen för fel.

Komplex experimentell uppsättning

Dock, detta är lättare sagt än gjort. Först, de enskilda qubitsna måste redan ha en hög tillförlitlighet innan de kan sammankopplas. Om de har en felprocent på mer än en procent, anslutningen till en logisk qubit är faktiskt kontraproduktiv - felprocenten skulle då öka istället för att falla. Dessutom, qubits måste anslutas i ett mycket litet utrymme. Styrningen av de platta kvantmekaniska elementen blir därmed mycket mer utmanande.

Krinner arbetar för närvarande med att ansluta några qubits till logiska qubits och experimentellt verifiera deras beteende. I den vita behållaren, hjärtat i hans testsystem, qubiterna kyls till ofattbart låga temperaturer på bara några millikelvin - med andra ord, nästan till absolut noll. Kopplad till en futuristisk snygg konstruktion och styrd via många fina koaxialkablar, qubiterna är sedan kvantmekaniskt sammankopplade till önskad form.

En tydlig vision

Kvantfysikens värld har fascinerat Krinner sedan han började studera fysik i Regensburg och Paris. Han har kunnat arbeta med en mängd olika system under sin tid på ETH. Som doktorand under Tilman Esslinger, han arbetade med ultrakylda atomer som kvantmekaniska föremål som fångas och kyls i laserfällor. Under Wallraff, han arbetar nu med supraledande kretsar, som han kan visa på sitt skrivbord för demonstrationsändamål. "Det händer mycket i den här typen av arbete, "förklarar Krinner." Jag gillar verkligen variationen. "Från det teoretiska arbetet till planering och genomförande av experiment, liksom konstruktionen av komplexa experimentella tester och tillverkning av kvantmekaniska kretsar i renrumslaboratoriet - utbudet av uppgifter som forskaren måste behärska är stort.

Men Krinner har en tydlig vision:om utvecklingen av logiska qubits fortskrider som planerat, han siktar på att införliva dessa i en mer kraftfull kvantdator för den andra delen av hans projekt. "Kvantdatorer har stor teknisk potential, eftersom de kan lösa komplexa och tidskrävande beräkningsuppgifter mycket mer effektivt än konventionella datorer, "förklarar Krinner." De är också mycket inspirerande ur ett vetenskapligt perspektiv, eftersom utvecklingen av dessa maskiner ger oss många nya insikter om hur fysiken fungerar inom dessa områden. "Men Krinner har fortfarande gott om grundarbete innan han kan leva upp sin vision. Fortfarande, Lopez-Loreta-priset ger honom möjlighet att utse två doktorander för att ge hans projekt ytterligare ett lyft.