Kulde er en kvantedatamaskins beste venn.

Disse snodige maskinene, som ofte ser mer ut som et avansert hjemmebrentapparat enn en datamaskin, er nemlig ekstremt følsomme.

En liten forstyrrelse fra omgivelsene kan ødelegge hele opplegget.

Derfor har forskere ved Chalmers tekniska högskola og University of Maryland utviklet et minikjøleskap som kan brukes inni kvantedatamaskiner.

Den nye studien er publisert i tidsskriftet Nature Physics.

Følger kvantefysikkens mystiske lover

Magien skjer innenfor alle de snirklete rørene i kvantedatamaskinen.

Der finnes kvantebitene.

En kvantebit oppfører seg ganske annerledes enn en vanlig bit som du har i datamaskinen din.

For mens en klassisk bit kan være enten 0 eller 1, forholder ikke kvantebitene seg til denne begrensningen.

De følger nemlig kvantefysikkens mystiske lover.

Som en slags Schrödingers katt, som verken er død eller levende.

– Kvantebitene kan være i det som kalles en superposisjon. De kan på en måte være i begge tilstander samtidig, forklarer professor Kjetil Børkje ved Universitetet i Sørøst-Norge, som ikke har tatt del i den nye studien.

Kvantebitene er hyperfølsomme

I fremtiden kan kvantedatamaskiner i teorien knekke all kryptering vi bruker i dag.

De er også spådd å kunne beregne ting som er umulig med dagens maskiner.

Resultatet kan bli helt nye medisiner, optimale kjøreruter for alle budtjenester og svar på hvordan dyr og planter fungerer på atomnivå.

Men for at kvantedatamaskinene skal oppføre seg pålitelig, må byggesteinene få fullstendig ro.

– Kvantebitene, som er kvantedatamaskinenes byggesteiner, er hyperfølsomme for forstyrrelser i omgivelsene, sier Aamir Ali i en pressemelding fra Chalmers. Han er en av forskerne bak den nye studien.

Ekstremt lav temperatur

Ideelt skulle kvantebitene ha blitt kjølt ned til det absolutte nullpunkt.

Altså minus 273,15 grader celcius.

Da beveger atomene seg så lite som overhodet mulig. Men det absolutte nullpunkt er fysisk umulig å oppnå.

Ved hjelp av de nye minikjøleskapene har forskerne bak den nye studien allikevel kommet rimelig nærme.

Temperaturen de målte var på minus 273,13.

For å oppnå et så lavt tall kombinerte de minikjøleskapet med kjølingssystemet som allerede omslutter kvantedatamaskinen ved Chalmers.

Løser ikke hele problemet

Minikjøleskapet alene stod bare for en forbedring på noen hundredels grader.

Men hver hundredel teller, ifølge Børkje.

Når omgivelsene forstyrrer systemet, oppstår det nemlig feil.

– Den store utfordringen med kvantedatamaskiner er å få rettet opp disse feilene, sier Børkje.

Allikevel tror han ikke at kvantekjøleskapet løser hele problemet.

Gjenstår å se om kjøleskapet kan oppskaleres

Den nye teknologien har nemlig noen begrensninger.

For det første har teknologien bare blitt demonstrert med én kvantebit.

For at en kvantedatamaskin skal virke, må mange slike bits være koblet sammen.

IBM har allerede klart å lage en databrikke med 1.000 kvantebiter, som de beskriver i en studie fra 2023 i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

Om kjøleskapet lar seg oppskalere, gjenstår derfor å se, påpeker Børkje.

Ikke raskere enn andre teknologier

I tillegg løser denne teknologien bare en av flere utfordringer.

Hver gang du kjører en beregning på en kvantedatamaskin, må alle kvantebitene nullstilles.

Men enkelte ganger lykkes det ikke. Da blir utgangspunktet feil.

– Én ting er å redusere denne feilen så mye som mulig, men det er også ønskelig å gjøre det raskt. Her er ikke denne metoden nødvendigvis noe bedre enn andre metoder, sier Børkje.

– Et interessant bidrag

Mange andre forskere jobber med lignende ideer.

Noen prøver å kjøle ned systemet enda bedre. Andre jobber med å lage smartere systemer som kan ta hensyn til feilene og jobbe seg rundt dem.

Det finnes også helt andre typer kvantebits som ikke trenger kulde. 

De enkle kvantedatamaskinene Hugin og Munin ved OsloMet er eksempler på dette.

Hvor stor rolle det nye minikjøleskapet kommer til å ha, gjenstår altså å se.

– Jeg ser på det som et interessant bidrag i en stor pågående forskningsinnsats for å minimere feilene i kvantedatamaskiner, sier Børkje.

Referanse

M.A. Aamir mfl.: Thermally driven quantum refrigerator autonomously resets a superconducting qubit, Nature Physics, januar 2025. 

LES OGSÅ

Hva er en kvantedatamaskin?

Kampen om kvante­­datamaskinen er som et romkappløp

Opptatt av teknologi?

Følg den nyeste utviklingen innen kunstig intelligens, energi, sosiale medier og roboter med nyhetsbrev fra forskning.no.

Meld meg på