Gjennombruddet henger i hop med at forskerne har lykkes i å lage en gate i silisum, og isolert qubits fra hverandre. Nå kan det gjøres utregninger med qubits. (Bilde: UNSW)

KVANTEDATAMASKINER

Så viktig er gjennombruddet i kvantedatamaskiner

Forskere annonserte «game changer» i utviklingen av kvantedatamaskiner denne uken.

Denne uken annonserte et forskerteam ved universitetet i New South Wales i Australia at de har gjort et stort gjennombrudd i utvikling av kvantedatamaskiner.

De har demonstrert det de hevder er den første utregningen gjort i en kvanteenhet bygget i halvledermaterialet silisium noensinne. Dette har de gjort ved å bygge en logisk krets i laget med industriell silisium.

Fremstillingsmetoden beskrives som tilsvarende den teknologien som brukes til å fremstille andre halvledere i dag.

Dette kan få store implikasjoner. Professor Andrew Dzurak, som ledet forskerteamet, kaller det en «game changer». En kvanteprosessor vil nemlig kunne konstrueres slik annen halvlederelektronikk gjøres i dag, ifølge en pressemelding fra universitetet.

Forskerne hevder at alle de fysiske byggesteinene for en kvantedatamaskin nå er på plass, og at det bare gjenstår å bygge den.

Sitter i Trondheim: De lager verdens mest solgte grafikkprosessor

Andre har vært nær

Hva et stort gjennombrudd egentlig er kan imidlertid diskuteres, sier kvanteforsker Justin Wells ved Institutt for fysikk ved NTNU i en e-postutveksling med Teknisk Ukeblad. Han forsker på kvantedatamaskiner basert på silisium.

– Jeg tror det er sant at dette er den første demonstrasjon av en logisk operasjon – det er første gang noen viser en «beregning», selv om det er den mest primitivt mulige, sier Wells.

Han peker likevel på at den samme gruppen, og konkurrerende forskergrupper, har laget kretser som ser ut som kvantadatamaskiner før. De og andre har vært nære ved å oppnå dette i lang tid, og sånn sett er demonstrasjonen mest av alt et naturlig steg på veien.

På den annen side, mener Wells, kan dette være et viktig skritt mot en fungerende kvantedatamaskin basert på silisium.

Les også: Nå kommer elektronikk som kan ødelegge seg selv

Grunnstein

For å bygge en klassisk prosessor trengs en mengde logiske gater som utfører logiske operasjoner. Det samme vil være tilfellet for en kvanteprosessor. Veldig enkelt sagt produserer en gate et resultat basert på hvilken informasjon den får.

Mens man i klassisk databehandling snakker om bits, altså av eller på for å tilkjennegi 0 eller 1, snakker man om qubits i kvantedatabehandling. En qubit er et elektron, som avhengig av posisjon kan være av, på, eller noe imellom. Det gjør, veldig enkelt sagt, at en qubit kan ha flere verdier samtidig, mens en klassisk bit bare kan ha en av to verdier.

Det gjør at en kvantedatamaskin kan utføre en rekke utregninger parallellt, hvor en klassisk datamaskin vil måtte utføre dem serielt.

En kvantedatamaskin vil derfor egne seg til å gjøre utregninger med mange mulige kombinasjoner. Den kan være nyttige i forbindelse med for eksempel værmelding, aksjemarkedet, og utvikling av medisiner.

Den aktuelle kvantegaten som er demonstrert består av to qubits, og kan dermed ikke brukes til annet enn å demonstrere konseptet.

Islolerte elektronene

Ulempen med å bruke silisiumbrikker er at qubits må isoleres fra hverandre for å være stabile. Dermed kan de heller ikke interagere.

Det er akkurat dette forskerne i Australia har løst. Nå kan spinntilstanden til det ene elektronet avgjøre hva som skal skje med det andre.

Dette former en enkel logisk krets, som er grunnleggende i alle typer prosessorer og integrerte kretser.

Henger du ikke helt med? I denne artikkelen kan du lese mer om hvordan kvantedatamaskiner virker.

Lignende konsepter er vist tidligere

Det viktige poenget her er ikke at forskerne har laget en kvantegate. Lignende konsepter har vært vist tidligere, av det samme og andre forskerteam. Sånn sett er dette et skritt mot kvantadatamaskiner.

Wells viser til tre artikler australierne har publisert (se faktaboks) som omhandler det samme. Det samme forskerteamet har tidligere vist frem kvante-logiske kretser basert på fosfordopet silisium, og galliumarsenid.

Dette er imidlertid første gang det er demonstrert logiske operasjoner i en slik kvantegate. Dette er et ganske viktig steg i utviklingen.

Det er imidlertid materialet som er den store nyheten. At kvantegatene er laget i silisium gjør at det antakelig er mulig å skalere det opp, og integrere en kvanteprosessor med eksisterende teknologi.

Det er ifølge Wells i realiteten et være eller ikke være med tanke på å kommersialisere teknologien. Han mener det finnes mange gode idéer for kvantedatamaskiner som ikke er silisiumbaserte, men at det vil være enklere å realisere silisiumbaserte løsninger, siden det i teorien enkelt kan oppskaleres.

Les mer: Er det så vanskelig å bevise at kvantedata fungerer?

Trenger ikke ekstrem kjøling

D-Wave Systems selger allerede en kvantedatamaskin, som de eneste i verden. Det er imidlertid sådd tvil om denne faktisk har fordeler fremfor en klassisk datamaskin.

Det til side: Prosessoren har den ulempen at den er basert på superledere.

Det vil si at den må være kjølt ned til noen få millikelvin – nært absolutt nullpunkt – for å fungere, og er avhengig av flytende helium. Ifølge en artikkel i EEtimes bruker D-Wave en kjøler på 10 kilowatt. Det er ikke veldig praktisk.

En halvlederbasert kvantedatamaskin vil ikke ha behov for slik ekstrem kjøling. Dermed kan en kvantedatamaskin basert på silisium være langt mer praktisk.

Forskere ved universitetet i New South Wales hevder å ha funnet en metode for å bygge logiske kretser med qubits i silisium, og at dette kan skaleres opp for å lage kvantedatamaskiner med dagens produksjonsteknikk.
Forskere ved universitetet i New South Wales hevder å ha funnet en metode for å bygge logiske kretser med qubits i silisium, og at dette kan skaleres opp for å lage kvantedatamaskiner med dagens produksjonsteknikk. UNSW

Langt frem til kommersialisering

Wells tror den nye artikkelen er et bidrag til utviklingen av kvantedatamaskiner basert på silisium, men mener også at det er vanskelig å se hvorfor dette påstås å være et så stort gjennombrudd.

Seniorforsker Thomas Schenkel ved Lawrence Berkley National Laboratory i California sier til New Scientist at funnet er et banebrytende gjennombrudd i utviklingen av kvantedatamaskiner, men at det har noen begrensninger.

Han peker på at det er enklere å skalere opp silisiumbaserte kvantedatamaskiner. Samtidig er qubits basert på superledere fortsatt langt foran. Potensialet er likevel at de australske forskernes metode kan vise seg å la seg skalere opp.

Forskerne har søkt patentert metoden, og leter nå etter industripartnere for å realisere silisiumkvanteprosessorer.

Veien frem til kommersialisering er imidlertid lang.

Dzurak sier til Sydney Morning Herald at det kan ta fem år før den første prosessoren kommer, og at de i første omgang bare blir å finne i storskala datasentre.

Les også: Melder to store gjennombrudd i kvantedata på én måned

Gir deg ikke raskere PC

Det er slett ikke sikkert at kvanteprosessorer blir aktuelle for forbrukermarkedet i det hele tatt, ettersom de er tiltent ganske spesifikke bruksområder.

De skal brukes til å gjøre store, parallelle utregninger, som du neppe kommer til å ha behov for verken på PC-en din eller mobilen.

Rapporten er publisert i Nature.

Les også: Forskere mener grafén vil bli et overlegent smøremiddel