Vær med til at bygge en dansk kvantecomputer
Har man altid drømt om at være med til et kvantefysik-eksperiment, så har man chancen nu. Man kan endda gøre det fra sofaen derhjemme ved blot at spille et spil.
Kvanteeksperiment

I Alice-eksperimentet gælder det om at skabe så mange ultrakolde atomer som muligt. Brugergrænsefladen er ikke helt finpudset endnu, så spillet vil se anderledes ud, når forskerne giver almindelige brugere adgang. (Illustration: ScienceAtHome.org)

Forskere kan ikke altid klare det hele selv. Nogle gange har de brug for hjælp.

For eksempel vil fysikerne på Aarhus Universitet gerne have hjælp til at skabe og flytte rundt på ultrakolde atomer, så de kan bygge en kvantecomputer.

Fremvisning på IT-konference

På en IT-konference i USA kunne gæsterne få lov til at rykke rundt med atomer, der rent fysisk befinder sig i kælderen under Aarhus Universitet. Snart kan vi alle få lov til at prøve det. (Foto: J.Sherson)

Nu har de fundet ud af, hvordan de kan lade andre mennesker fjernstyre atomerne via internettet, vel at mærke på en måde, der ikke kræver en videregående fysikuddannelse. Det er så enkelt som at spille et spil.

I et eksperiment kaldet Alice har fysikerne så at sige sluppet tøjlerne og overladt dem til menigmand.

En prototype af systemet afprøves i denne uge, og torsdag fortalte lektor Jacob Sherson og software-udvikler Aske Thorsen fra Aarhus Universitet om eksperimentet på IT-konferencen NIWeek i Austin i Texas. Det skete foran et publikum på 4.000 mennesker.

Her fik en direktør fra firmaet National Instruments lov til at være blandt de første, der flyttede rundt på atomerne hjemme i Aarhus, som det kan ses i videoen nedenfor.

Lektor Jakob Sherson og udvikler Aske Thorsen fra Aarhus Universitet fortæller om eksperimentet. (Video: National Instruments)

Brug en time på et eksperiment

Men i næste omgang kan vi andre også få lov til at være med. Planen er nemlig at åbne eksperimentet op for alle interesserede.

Så kan man donere en time af sit liv til videnskaben, når man alligevel er træt af at jage Pokémon.

»Om tre-fire uger laver vi vores første fjernstyringseksperiment i stor skala. Her vil vi have mange mennesker til at koble sig på samtidig, og så skal de arbejde sammen om at tilgå og programmere kvanteeksperimentet, der står i kælderen under Aarhus Universitet,« fortæller Jacob Sherson over en telefonforbindelse fra USA.

»Det kollektive eksperiment har både til formål at optimere vores fysikeksperiment, men samtidig kan vi studere, hvordan mennesker samarbejder. Det er en helt ny måde at lave kvanteforskning og også sociologisk forskning.«

LÆS OGSÅ: Sådan bygger man en kvantecomputer

Populært kvantespil viste vejen

Quantum Moves

Hvis man er god til at spille Quantum Moves, hjælper man forskerne til at flytte rundt på atomer. Det kan føre til udviklingen af en kraftfuld kvantecomputer. (Illustration: Henrik Bendix)

I forvejen har forskerne fra Aarhus fået mere end 150.000 spillere fra hele verden til at prøve kræfter med spillet Quantum Moves, hvor det gælder om at flytte rundt på enkelte atomer i en simulering af fysikernes forsøgsopstilling.

Man kan spille Quantum Moves på computere med Windows, OS X eller Linux, og spillet kan også hentes til Android-mobiler fra Google Play og til iPad/iPhone fra Apples App Store.

LÆS OGSÅ: Nu kan alle få adgang til en kvantecomputer

Nu er tiden efterhånden kommet, hvor de mange data fra spillet skal omsættes til den ægte vare i laboratoriet, hvor atomerne flyttes ved hjælp af en laserstråle. En såkaldt optisk pincet kan få fat i et atom og flytte det fra ét sted til et andet.

Måske virker den menneskelige intuition bedre end forskernes beregninger, når det gælder om at løse den opgave.

Det er der noget, der tyder på, hvilket man kan læse mere om i artiklen Spillere løser kvanteproblem bedre end computere.

Spillerne hjælper hinanden

I det nye projekt, hvor spillerne altså kan få fingrene direkte ned i kagedåsen, gælder det om at skabe en masse ekstremt kolde atomer i et såkaldt Bose-Einstein-kondensat, hvor atomerne i en vis forstand mister deres individuelle identitet og smelter sammen til ét stort, koldt superatom.

Fysikerne vil overlade deres forsøgsopstilling til hold af spillere, der sidder ved hver sin computer og på skift får lov til at styre det fysiske eksperiment. Så vil det vise sig, hvor mange ultrakolde atomer, der kommer på plads i den aarhusianske kælder.

Efter hver runde præsenteres alle deltagerne for hinandens resultater, og så kan de vælge enten at forsøge at forbedre deres egne løsning eller arbejde videre på en af de andre deltageres resultat.

Efter flere runder vil holdet forhåbentlig have prøvet en masse ting af og fået et godt resultat, hvor der dannes mange kolde atomer.

I laboratoriet er det en kompliceret forsøgsopstilling med magnetiske og optiske atomfælder, der ændres på, men for spillerne er det den rene leg at flytte lidt rundt på nogle streger.

LÆS OGSÅ: Fysikere skyder genvej til kvantecomputeren

Brugerne skal eksperimentere i døgndrift

Da der kun er én forsøgsopstilling at lege med, er der selvfølgelig begrænset, hvor mange spillere, der kan få adgang til maskineriet. Til gengæld tager hvert forsøg mindre end et minut.

»Hvis der er 15 på et hold, går der 2,5 minutter mellem hvert feedback. Hvis der er 100, går der en time imellem, at du gør noget, og at du får feedback. Lige nu er vi ved at finde ud af, hvad den bedste holdstørrelse er. Jeg tror, vi ender med ti mennesker på hvert hold, og så skal vi have rigtig mange hold i gang efter hinanden,« siger Jacob Sherson.

»Så er spørgsmålet, hvor hurtigt sådan en gruppe menneske kan finde frem til en optimal løsning. Det er vi spændte på at se. Men lige nu er vores plan, at hvert hold får en time, og så bliver det et nyt holds tur. Ideen er, at holdene hele tiden skal afløse hinanden, så eksperimentet kører non-stop.«

LÆS OGSÅ: Kvantecomputeren får potens af danske fysikere

Ekstremt tæt på det absolutte nulpunkt

Data fra de mange eksperimenter skal løbende opsamles, og forskerne skal bruge de ultrakolde rubidium-atomer til en kvantecomputer, fortsætter Jacob Sherson:

»Vi giver spillerne adgang til at styre nogle af parametrene i skabelsen af de kolde atomer. Og jo flere og jo koldere atomer, vi kan få fat på, desto bedre en kvantecomputer kan vi bygge.«

»Allerede nu har de få brugere, der har afprøvet fjernstyringssystemet i denne uge, forsøgt sig cirka 10.000 gange og fundet nogle løsninger, som er bedre end dem, vi selv havde. Så nu er vores eksperiment bedre, end det var i sidste uge – vi har flere atomer til rådighed. For eksempel har en af vores andetårsstuderende fundet nogle superspændende løsninger, som vi skal undersøge nærmere.«

Hvis atomerne skal blive på plads og være til at kontrollere, skal de køles godt og grundigt ned, og på Aarhus Universitet kommer temperaturen helt ned på fire nanokelvin, altså fire milliardtedele af en grad over det absolutte nulpunkt ved minus 273,15 grader celsius. Det kan man læse mere om i artiklen Første billeder af atomerne i verdens koldeste krystal.

Kvantecomputeren venter forude

Har man styr på de enkelte atomer, bliver det nemmere at konstruere en kvantecomputer.

Hvor en bit – den fundamentale informationsenhed – kun kan have værdien 0 eller 1 i en normal computer, kan en kvantebit i en kvantecomputer både have værdien 0 og 1 samtidig, og det betyder, at den kan foretage visse former for beregninger meget hurtigere, hvis man vel at mærke kan få mange kvantebit til at 'snakke sammen' – være sammenfiltrede, 'entanglet' – på en måde, der kun kan forstås kvantemekanisk.

Atomer

Ved hjælp af laserstråler kan forskerne få de enkelte atomer til at arrangere sig i et krystalgitter som æg i en æggebakke. Andre laserstråler kan bruges til at flytte rundt på atomerne. (Illustration: Jacob Sherson)

Jo flere ultrakolde atomer, der kan skabes ved spillernes hjælp, desto flere kan fysikerne få arrangeret i et krystalgitter, hvor de holdes på plads og flyttes rundt med. Den proces er de spillere, der har spillet Quantum Moves, med til at optimere.

»Hvis vi kan finde ud af at samle et atom op, lægge det oven på et andet og føre det tilbage igen, så har vi skabt entanglement mellem de to atomer. Så kan vi gøre det på kryds og tværs, til vi har entanglet alle atomerne i krystallen. Det har Quantum Moves-arbejdet vist første skridt hen imod, så vi nu kan begynde at gøre det med de rigtige atomer,« fortæller Jacob Sherson.

På Aarhus Universitet er ambitionen at bygge en kvantecomputer med 300 kvantebit, hvilket ville være en kolossal bedrift, der utvivlsomt ville vække international opsigt.

LÆS OGSÅ: Niels Bohr-forskere tager solidt skridt mod en kvantecomputer

Der er et stykke vej endnu, men med spillernes hjælp – og ved hjælp af en investering fra Innovationsfonden – kan det måske lykkes.

Man kan læse meget mere om forskningen og de tilknyttede spil på ScienceAtHome.org, og på Alice.ScienceAtHome.org kan man tilmelde sig en mailingliste og få besked, når forskerne er klar til at rekruttere folk, der vil være med til at styre et kvantefysisk eksperiment hjemme fra stuen.

I videoen herunder kan man høre mere om, hvordan forskerne forsøger at inddrage computerspillere i forsøget på at bygge en kvantecomputer.

(Video: ScienceAtHome)

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om Evidensbarometeret, som Videnskab.dk lige har lanceret.