3 februari 2025
Stockholms universitet

Gravitationens påverkan på kvantbitar öppnar för nya möjligheter

Nya forskningsresultat visar hur gravitationsfält påverkar hårdvara för kvantdatorer och lägger grunden för nya framsteg inom kvantsensorteknik. Forskningen är ett samarbete mellan Nordita, det Nordiska institutet för teoretisk fysik som drivs gemensamt av KTH och Stockholms universitet, samt Google Quantum AI. Forskningsresultaten visar att även de svaga gravitationskrafterna nära jordytan kan påverka kvantsystem.

– Vi lever i en tid av global teknologisk kapplöpning för universella kvantdatorer. Vår banbrytande forskning visar att de noggrant utvecklade kvantbitarna, som är skapade för att bearbeta information, även kan fungera som precisa gravitationssensorer – så känsliga att framtida kvantdatorchip kan komma att användas inom fler områden. Detta tillvägagångssätt öppnar nya möjligheter inom kvantteknologi, exempelvis inom navigation, säger Alexander Balatsky, professor i teoretisk fysik vid Nordita.

Gravitationseffekter, som vanligtvis förbises i hårdvara för kvantdatorer, orsakar mindre förändringar i en kvantbits energinivåer beroende på dess höjd. För en enskild kvantbit är dessa effekter försumbara. Men för en grupp kvantbitar – som Googles vertikalt uppställda Sycamore-chip – blir effekten mer påtaglig och skapar mätbar “dekoherens” i systemet. Denna upptäckt ger insikter i hur gravitation kan påverka kvantdatorhårdvara och öppnar för nya möjligheter till felkorrigering och avancerade sensorkapaciteter.

– Gravitation är unik – den kan inte skärmas av som elektromagnetisk strålning. När kvanttekniken utvecklas och dess enheter blir alltmer komplexa, kan gravitationseffekter bli allt viktigare och forma framtidens kvantteknologier, säger Patrick Wong, forskare vid Nordita.

Mot GPS-fri navigation och framtida teknologier

Studien banar också väg för utformningen av specialiserade kvantchip optimerade för att känna av gravitation. Sådana framsteg kan leda till revolutionerande teknologier, som GPS-fri navigation, vilket möjliggör exakt positionering utan behov av satelliter.

– Kvantsensorteknik håller på att bli en av de mest praktiska tillämpningarna av kvantteknologi. Med växande investeringar i kvantforskning i Sverige håller Nordita, KTH och Stockholms universitet på att bli nyckelaktörer i den globala satsningen på att driva kvantvetenskap och teknologi framåt, säger Alexander Balatsky.

– Kvantmaterial utgör en hörnsten i morgondagens kvantinnovationer. Vi på KTH ser stora möjligheter inom området material för kvanttillämpningar, med exempel som nya fotondetektorer, magnetfältsensorer och töjningssensorer. SU, KTH och Nordita samarbetar med WACQT och Novo Nordisk Quantum Computing Center för att utveckla materialpelaren för kvantteknologier, säger Jonas Weissenrieder, professor i materialfysik vid KTH.

Om studien

Artikeln Quantum Sensing from Gravity as Universal Dephasing Channel for Qubitspublicerades i Physical Review den 7 januari.

Forskningen leds av professor Alexander Balatsky (Nordita och KTH) och Pedram Roushan (Googles projektledare inom kvantdatorer), och teamet består också av Patrick Wong och Joris Schaltegger, forskare vid Nordita.

Kontakt

Alexander Balatsky, professor i teoretisk fysik vid Nordita
Tel: +1 (505) 660-6719
E-post: balatsky@kth.se


Telefon +46 8 16 40 90
E-post press@su.se