Hopp til navigasjon Hopp til innhold
Å utnytte kraften av kvanteteknologi kan være enklere og rimeligere enn vi har trodd. (Ill.: Pixabay )

Forskere med overraskende kvante-gjennombrudd: – Dette kom som en stor overraskelse

Helt vanlig forbrukerelektronikk kan frakte kvanteinformasjon.

Kvantedatamaskiner har et vanvittig potensial til å revolusjonere teknologiverden, men fortsatt er utviklingen i sin spede begynnelse.

Spennende felt, men….

Giganter som IBM og Google jobber allerede med å utvikle kvantedatamaskiner. Tidligere i år hevdet Google at de hadde oppnådd kvanteoverlegenhet for første gang, noe av mange ble sett på som et stort gjennombrudd. Kvanteoverlegenhet er et begrep som brukes om en kvantedatamaskiner som kan utføre oppgaver selv de kraftigste superdatamaskinene ikke klarer å utføre.

Google kunne avsløre at deres 54-qubit Sycamore-prosessor hadde klart å utføre en kalkulasjon på 200 sekunder, en oppgave som ifølge selskapet hadde tatt verdens raskeste superdatamaskin, (IBMs Summit) 10 000 år å gjennomføre.

Amazon ønsker på sin side å gjøre datakraften fra kvantedatamaskiner tilgjengelig gjennom skyen, noe vi omtalte for et par uker siden.

Men hva har eksemplene ovenfor til felles? De krever alle dyre og avanserte datamaskiner. Per dags dato er vi langt unna en virkelighet der forbrukerelektronikk kan benytte seg av de overlegne egenskapene til kvantedatamaskiner.

Overraskende funn – kan bruke hverdagslig elektronikk

Kvantemaskiner benytter seg av såkalte qubits. I motsetning til vanlige bits, som er enten 0 eller 1, kan qubits være både 0 og 1 samtidig, noe som kalles en superposisjon. Ved å benytte seg av dette fysikkprinsippet kan kvanteprosessorer prosessere enorme mengder data parallelt.

Men kan man kun benytte seg av kvantefordelene ved hjelp av dedikerte kvantedatamaskiner? Hittil har man trodd det, men nye funn fra forskere utfordrer denne antakelsen.

To ferske studier demonstrerer nemlig hvordan prinsippene ved kvanteteknologi kan bli brukt sammen med helt vanlig, hverdagslig elektronikk. Forskere ved Universitetet i Chicago har funnet ut at det er mulig å overføre kvanteinformasjon gjennom enheter som er lagd av silisiumkarbid.

Silisiumkarbid finnes allerede over alt, i alt fra LED-lys til teleskop.

– Muligheten til å skape og kontrollere kvante-bits i kommersiell elektronikk kom som en overraskelse, sier ingeniør David Awschalom fra Universitetet i Chicago.

Det ligger mye uforløst potensial i elektronikken vi allerede benytter oss av, sier Awschalom.

– Funnene har endret måten vi tenker på utviklingen av kvanteteknologi på. Kanskje kan vi finne en måte å bruke dagens elektronikk for å bygge kvanteenheter, sier ingeniøren.

Slipper kanskje unna omfattende ombygging

Forskerne lyktes med å generere kvantetilstander i silisiumkarbid som sender ut lyspartikler enkeltvis med en bølgelengde som ligger tett opp mot frekvensene som benyttes for telekommunikasjon. Det kan bety at dagens nettverksinfrastruktur ikke trenger å tukles med så altfor mye for å kunne frakte kvanteinformasjon.

Saken fortsetter under bildet.

I den første studien skapte forskerne noe de kaller en «quantum FM radio». Med denne metoden viste det seg å være mulig å sende kvanteinformasjon over lange distanser, og med høy grad av kontroll, ifølge forskerne.

– Dette arbeidet fører oss ett steg nærmere å realisere systemer som er kapable til å lagre og distribuere kvanteinformasjon på tvers av verdens optiske fiber-nettverk, som allerede frakter 90 av verdens data. Slike kvantenettverk vil gi oss en helt nye teknologiklasser og gjør det mulig å lage kommunikasjonskanaler som ikke kan hackes. Det vil også legge til rette for teleportering av elektrontilstander og realiseringen av et kvanteinternett, sier Awschalom.

Hevder de har løst støyproblemet

Ifølge en pressemelding fra Universitetet i Chicago har forskerne faktisk gjort to gjennombrudd. Og det andre gjennombruddet er minst like spennende som det første. Ifølge Per Chris Anderson, som er medforfatter a av studien, har forskerne klart å løse kvantedatamaskinenes «støy»-problem.

– Urenheter er vanlige i alle halvleder-enheter og på et kvantenivå kan disse urenhetene ødelegge kvanteinformasjonen ved å skape støyete elektriske omgivelser. Dette er nært sagt et universielt problem for kvanteteknologier.

Men ved å bruke et grunnleggende elektronikkelement – en diode – oppdaget forskerne noe spennende: kvantesignalet ble plutselig fritt for støy og var nesten «perfekt stabilt».

– I eksperimentet vårt måtte vi bruke lasere, som dessverre fører til at elektronene flytter på seg. Men ved å bruke elektriske felt fjernes elektronene fra systemet og gjør det langt mer stabilt, sier Alexandre Bourassa, som også deltok i studien.

Studiene er publisert i Science Advances og Science.

Kilde:
Science Alert
UChicago News

Stikkord: elektronikk, kvantedatamaskin, qubits