KU-fysikere tackler kvanteproblem: At styre og måle kvantebit på samme chip på samme tid

Federico Fedele (tv), Anasua Chatterjee og Ferdinand Kuemmeth i kvantelaboratoriet på Center for Quantum Devices Illustration: NBI, KU

Der er mange fysiske og tekniske problemer, der skal løses, hvis man skal fremstille en kvantecomputer af en passende stor størrelse, der kan bruges til noget fornuftigt.

Et af dem er at kunne manipulere og måle flere kvantebits (qubits) på en og samme tid.

Det problem har Anasua Chatterjee og Federico Fedele, der indgår i Ferdinand Kuemmeths forskningsgruppe på Center for Quantum Devices på Niels Bohr Institutet, nu tacklet på en lille chip indeholdende fire qubits af typen spin-qubits.

Deres metode og resultater er beskrevet i en artikel i PRX Quantum.

En beregning i en kvantecomputer ender altid med, at man måler flere qubits på samme tidspunkt. Under selve beregningen er qubits i en superposition af 0 og 1, det er de også ved slutningen af beregningen, men målingen af hver kvantebit leverer altid enten 0 eller 1.

Det er helt afgørende, at man foretager denne måling af alle kvantebit på samme tid, da støj i modsat fald kan ødelægge resultatet af kvanteberegningen.

Spin qubits

Der findes mange både at realisere qubits på - både med atomer, ioner, fotoner og superledende kredsløb.

Anasua Chatterjee og Federico Fedele har arbejdet med en særlig form kaldet spin-qubits, som baserer sig elektronspin fanget i halvlederpartikler kaldet kvanteprikker.

Det er en ide, som stammer tilbage fra 1998.

Spin qubits har den fordel, at de har lang kohærenstid, dvs. de kan bevare kvantetilstanden i lang tid.

Chippen er svær at styre

Forskerne har fremstillet en chip i halvledermaterialer galliumarsenid, der indeholder fire qubits, som styres. af en række gate-spændinger.

Det er kun et første skridt på vejen til en egentlig kvantecomputer, hvor man skal have mange flere qubits på samme chip - og mange chips, der kommunikerer med hinanden.

Men alene at kontrollere og måle fire spin-qubits på samme chip på samme tid har hidtil været en svær opgave. bl.a. fordi en række gate-spændinger skal styres og synkroniseres meget nøjagtigt.

Det er i dette eksperiment sket manuelt, men skal metoden bruges i praksis, skal man have en eller anden form for automatisering, der kan klare opgaven.

Men forskerne konkluderer i deres artikel:

»Metoden kan udvides til andre materialer og viser en vej til at opnå kvanteprocessorer med gate-styrede spin qubit.«