Tema

De ska bygga en svensk kvantdator i världsklass

En kvantdator med långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer. Det är målet med en forskningssatsning i miljardklassen för att göra Sverige världsledande inom kvantteknologi.

De senaste årens forskningsframsteg inom kvantteknologi har placerat världen på tröskeln till en ny teknikrevolution – den andra kvantrevolutionen. Forskare har lärt sig att kontrollera enskilda kvantsystem som individuella atomer, elektroner och ljuspartiklar vilket öppnar dörren för helt nya möjligheter. I sikte finns extremt snabba kvantdatorer, avlyssningssäker kommunikation och hyperkänsliga mätmetoder.

Under ledning av Chalmers inleds nu en stor offensiv svensk satsning – Wallenberg Centre for Quantum Technology – för att bidra till, och realisera, den andra kvantrevolutionen. Runt 50 forskare ska rekryteras inom ramen för det tioåriga forskningsprogrammet som startar vid årsskiftet. Satsningen är möjlig genom en jubileumsdonation på 600 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Baserad på supraledande kretsar
Programmets fokusprojekt är att bygga en kvantdator baserad på supraledande kretsar. Kvantdatorns minsta byggsten – kvantbiten – bygger på helt andra principer än dagens datorer, vilket gör att det går att hantera enorma mängder information med relativt få kvantbitar.

– Vårt mål är en fungerande kvantdator med åtminstone hundra kvantbitar. En sådan har långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer och kan exempelvis utnyttjas för att lösa optimeringsproblem, avancerad maskininlärning, och tunga beräkningar av molekylers egenskaper, säger Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik vid Chalmers och programdirektör för satsningen.

Se och hör forskarna berätta i Chalmers film på Youtube: The Quantum Revolution

Utöver fokusprojektet innefattar forskningsprogrammet en nationell excellenssatsning som ska utforska och bygga kompetens inom kvantteknologins fyra delområden: kvantdatorer, kvantsimulatorer, kvantkommunikation och kvantsensorer. Chalmers koordinerar de första två. Kunskapsuppbyggnaden inom kvantkommunikation leds av professor Gunnar Björk vid KTH, och professor Stefan Kröll vid Lunds universitet koordinerar området kvantsensorer.

Stort intresse för kvantteknologi
Intresset för kvantteknologi är stort världen över. Det investeras kraftigt i USA, Kanada, Japan och Kina. EU startar ett vetenskapligt flaggskepp på området 2019. Företag som Google och IBM satsar också på kvantdatorer, och har liksom Chalmers valt att basera dem på supraledande kretsar. Beslutsfattare och företagsledare börjar inse att kvantteknologin har potential att kraftigt förändra vårt samhälle, bland annat genom förbättrad artificiell intelligens, säker kryptering och effektivare design av läkemedel och material.

– Om Sverige ska fortsätta att vara en toppnation måste vi ligga långt framme inom dessa områden. Genom att satsa på långsiktig kompetensuppbyggnad och att attrahera de bästa unga forskarna kan vi på sikt sätta Sverige på kvantteknologikartan. Det finns ingen genväg och genom grundforskningssatsningar säkras den infrastruktur som behövs för att andra aktörer och företag över tid kan ta vid och utveckla applikationer och nya teknologier, säger Peter Wallenberg Jr.

Chalmers forskare har arbetat med supraledande kvantbitar i nästan 20 år och levererat många bidrag till kunskapsbygget inom fältet, med publiceringar i bland annat Nature och Science. De var bland de första i världen att skapa en supraledande kvantbit, och har utforskat helt ny fysik genom omfattande experiment på enskilda kvantbitar.

En miljard kronor
Kvantdatorn på Chalmers blir möjlig genom en jubileumsdonation på 600 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Utöver donationen från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse tillkommer ytterligare medel från industrin, Chalmers och andra universitet, vilket ger en total budget på närmare en miljard kronor.

Kontakt:
Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik, Chalmers, per.delsing@chalmers.se, 031-772 3317
Göran Johansson, professor i tillämpad kvantfysik, Chalmers, goran.l.johansson@chalmers.se, 031-772 3237

Den andra kvantrevolutionen
Under 1900-talet ägde den första kvantrevolutionen rum. Den gav oss uppfinningar som lasern och transistorn – uppfinningar som ligger till grund för hela den informationsteknologi som formar dagens samhälle.

Efter många år av grundforskning kring häpnadsväckande kvantfenomen som superposition, sammanflätning och klämda tillstånd har forskarna lärt sig att kontrollera enskilda kvantsystem som individuella atomer, elektroner och ljuspartiklar. Att kunna kontrollera 20 kvantbitar innebär idag världsrekord, men utvecklingen går oerhört fort. Tillämpningar som extremt snabba kvantdatorer, avlyssningssäker kommunikation och hyperkänsliga mätmetoder finns nu inom räckhåll.

Nästa milstolpe: skapa en kvanffördel
Därför investeras stort i kvantteknologi i hela världen. EU sjösätter en tioårig satsning på en miljard euro år 2019. Minst lika stora program finns i Nordamerika, Asien och Australien. It-företag som Google, IBM, Intel och Microsoft gör också betydande satsningar. Säker och snabb kommunikation är en stark drivkraft för teknologin. Redan idag finns kommersiella system som kan överföra kvantkrypteringsnycklar genom en obruten optisk fiber över avstånd på 100 kilometer, dock med ganska låg hastighet.

Ett nära förestående milstolpe, som forskare krigar om att nå, är att demonstrera en så kallad kvantfördel (på engelska quantum supremacy), vilket innebär att lösa ett problem som är utom räckhåll även för den mest kraftfulla klassiska datorn. För det krävs minst 50 kvantbitar. Det lär ske med hjälp av en kvantsimulator, en enklare form av kvantdator. Användbara tillämpningar av kvantsimulering förväntas inom fem år. Att realisera en fungerande programmerbar kvantdator kommer att ta betydligt längre tid

Större mätförmåga
Människans kunskap om världen och våra tekniska framsteg begränsas av vad vi kan mäta, och hur noggrant. Forskare håller också på att lära sig att använda enskilda partiklar, till exempel fotoner och elektroner, som sensorer i mätningar av krafter, gravitation, elektriska fält etc. Med kvantteknologi pressas mätförmågan långt bortom vad som tidigare varit möjligt.

Läs mer om centrala kvantfenomen i faktabladet: Kvantteknologi

Läs också

Vi finns där du är @forskningsnyhet

De ska bygga en svensk kvantdator i världsklass

 lästid ~ 4 min