Foto: Københavns Universitet
En af de store hovedpiner i det globale maraton om at bygge en stor, funktionel kvantecomputer er, hvordan man kontrollerer mange af de basale hukommelsesenheder, de såkaldte qubits, på samme tid. Udfordringen er, at styringen af én qubit typisk bliver negativt påvirket, når man samtidig tilfører elektriske kontrolpulser til en anden qubit.
Rundt om i verden bliver der forsket i qubits baseret på forskellige teknologier. Vi fokuserer på halvleder-qubits – såkaldte spin-qubits. Groft sagt består spin-qubits af elektronspin, der er fanget i halvledende nanopartikler kaldet kvanteprikker, som gør, at man kan styre spin-tilstandene og sammenfiltre dem med hinanden. Spin-qubits har den fordel, at de kan bevare kvantetilstanden i lang tid. Det gør, at de potentielt kan lave hurtigere og mere fejlfri beregninger end andre typer platforme. Og så er de så ekstremt små, at man kan klemme mange flere af dem sammen på en chip, end man kan med andre slags qubits. Jo flere qubits, desto større regnekraft får computeren.
Vi har nogle ret gode qubits, så ’the name of the game’ er at få dem forbundet i kredsløb, der dels kan styre mange qubits og samtidig er komplekse nok til at kunne rette fejl i kvanteberegningerne. Dér, hvor forskningen inden for spin-qubits er nået til, er kredsløb med rækker af 2x2 eller 3x3 qubits. Problemet er, at man kun kan håndtere dem én ad gangen. Det nye og virkelig vigtige ved vores chip, som er fremstillet af det halvledende stof galliumarsenid og på størrelse med en bakterie, er, at vi kan betjene og måle fire qubits på samme tid. Det har man aldrig demonstreret før med spin-qubits – og heller ikke med mange andre typer qubits.
Lige nu er en af de væsentligste udfordringer, at chippens 48 kontrolelektroder skal tunes manuelt og løbende holdes tunet på trods af støj fra omgivelserne, hvilket er en uhyre svær opgave for et menneske. Derfor er vi ved at se på, hvordan vi kan bruge optimeringsalgoritmer og machine learning til at automatisere tuningen.
Anasua Chatterjee og Federico Fedele, der er kvantefysikere fra Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet, står bag ”Simultaneous Operations in a Two-Dimensional Array of Singlet-Triplet Qubits”.
