Forskere hos Microsoft har annonceret, at de står klar med de første 'topologiske qubits', eller kvantebits, som gemmer information i et helt nyudviklet materiale og et nyt design.
Det kan blive et væsentligt gennembrud for hele kvanteområdet.
Forskerne publicerede på samme tid et studie i tidsskriftet Nature og en 'køreplan' for det videre arbejde.
Ifølge Microsoft kan en såkaldt Majorana 1-chip indeholde en million kvantebits, hvilket muligvis er nok til at gøre mange af kvanteområdets mål til virkelighed – som for eksempel at knække kryptografiske koder og designe nye lægemidler og materialer hurtigere.
Lovende udmelding, men ikke uden udfordringer
Hvis Microsofts påstande holder stik, har virksomheden slået konkurrenter som IBM og Google med flere længder, selvom konkurrenterne i øjeblikket faktisk ser ud til at føre kapløbet om at bygge en kvantecomputer.
Det fagfællebedømte Nature-studie løfter dog kun sløret for en del af forskernes påstande, og der er stadig mange forhindringer i køreplanen at tackle.
Selvom Microsofts pressemeddelelse viser noget, der angiveligt er hardware til en kvantecomputer, har vi ikke en uafhængig bekræftelse af, hvad det kan.
Ikke desto mindre er nyheden fra Microsoft meget lovende.
Nu står du sikkert med en række spørgsmål: Hvad er en 'topologisk qubit' eller kvantebit? Hvad er en 'kvantebit' for den sags skyld ? Og hvad skal vi overhovedet med kvantecomputere?
Svært at bygge kvantebits
Kvantecomputere blev først beskrevet i 1980'erne. Hvor en almindelig computer gemmer information i bits, gemmer en kvantecomputer information i kvantebits.
I traditionelle computere anvender vi stabile, binære informationsenheder kaldet bits, som kan have en værdi på 0 eller 1.
Men en kvantebit kan - takket være kvantemekanikkens love, som styrer meget små partikler - have en kombination af begge.
Hvis du forestiller dig en traditionel bit som en pil, der kan pege enten op eller ned, er en kvantebit en pil, der kan pege i alle retninger (det kaldes en 'superposition' af op og ned).
Det betyder, at en kvantecomputer er meget hurtigere end en almindelig computer til visse former for beregninger - især beregninger, der har at gøre med at løse koder og simulere naturlige systemer, fordi kvantecomputeren kan lave parallelle beregninger, mens den traditionelle computer kun kan lave én udregning ad gangen.
Så langt, så godt. Men det viser sig, at det er ekstremt svært at bygge samt at få information ind og ud af kvantebits, fordi interaktion med omverdenen kan ødelægge de skrøbelige, ustabile kvantetilstande.
Forskere har prøvet en masse forskellige teknologier for at udvikle kvantebits - for eksempel atomer fanget i elektriske felter eller hvirvler i superledere.
Små ledninger og 'eksotiske' partikler
Microsoft har benyttet en meget anderledes tilgang til at bygge sine 'topologiske kvantebits'.
De har brugt såkaldte Majorana-partikler opkaldt efter den italienske fysiker Ettore Majorana, som er mest berømt for at forudsige eksistensen af Majorana-fermioner (eller majorana-partikler), der er en særlig klasse af partikler, som er deres egne antipartikler.
Majorana-partikler forekommer ikke naturligt i modsætning til elektroner eller protoner.
I stedet eksisterer de kun inde i en sjælden slags materiale kaldet en topologisk superleder (som kræver avanceret materialedesign og skal køles ned til ekstremt lave temperaturer).
Faktisk er Majorana-partikler så 'eksotiske' og fremmedartede, at de normalt kun bliver studeret på universiteter - og ikke brugt i praksis uden for den akademiske verden.
Microsoft-forskerne fortæller, at de har brugt små ledninger med en Majorana-partikel i hver ende til at fungere som en kvantebit.
De måler værdien af kvantebitten – om en elektron er i den ene eller den anden ledning – ved hjælp af mikrobølger.
Flettede bits
Hvorfor har Microsoft gjort så stort et arbejde?
Ved at bytte om på Majorana-partiklernes positioner (eller måle dem på en bestemt måde), kan de 'flettes', så de kan måles uden fejl og er modstandsdygtige over for påvirkning eller støj udefra. (Det er den 'topologiske' del af 'topologiske kvantebits').
I teorien kan en kvantecomputer produceret ved hjælp af Majorana-partikler blive fuldstændig fri for de kvantebit-fejl, der plager andre designs.
Det er derfor, Microsoft har valgt en tilsyneladende vanskelig tilgang.
Andre teknologier er mere tilbøjelige til at slå fejl, og måske skal mange hundrede fysiske kvantebits kombineres for at producere én eneste pålidelig 'logisk kvantebit'.
Microsoft har i stedet brugt tid og ressourcer på at udvikle Majorana-baserede kvantebits.
Så selvom de ankom sent til den store kvante-fest, håber de, at de hurtigt kan indhente det tabte.
Der er altid en hage
Som altid, hvis noget lyder for godt til at være sandt, er der som regel også en hage ved det.
Selv for en Majorana-baseret kvantecomputer, som den Microsoft meldte ud om, kan en proces - den såkaldte T-gate - ikke blive udført uden fejl. Så en Majorana-baseret kvantechip er kun 'næsten fejlfri'.
Men det er heldigvis langt mere enkelt at korrigere for T-gate-fejl end at rette op på fejl på andre kvanteplatforme.
Hvad nu?
Hvad nu? Microsoft vil forsøge at arbejde videre med køreplanen og støt og roligt opbygge stadig større grupperinger af kvantebits.
Det videnskabelige samfund vil nøje følge med i, hvordan Microsofts kvantecomputere fungerer, og hvordan de klarer sig i forhold til de andre allerede eksisterende kvantecomputere.
Samtidig vil forskningen i Majorana-partiklernes 'eksotiske' og obskure adfærd fortsætte på universiteter verden over.
Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
\ Kilder
Læs om brug og viderebringelse af Videnskab.dk's artikler.
