14. oktober 2019

Niels Bohr Institutet skal forske i partikel med stort potentiale i konstruktion af kvantecomputeren

Kvantecomputer:

I mange år har fysikken jagtet mere viden om den særlige partikel, ”Majorana-partiklen”, der kan indgå i fremtidens kvantecomputere. Forskere fra Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet og Lunds Universitet i Sverige har nu, med et European Research Council Synergy Grant, fået mulighed for at lave den nødvendige grundforskning, der skal slå fast, om partiklen nu også har så stort et potentiale, som forskerne håber.

På billedet ses de fire bevillingsmodtagere Charles Marcus, Martin Leijense, Karsten Flensberg, Ferdinand Kuemmeth. Foto: Ola Jakup Joensen

Der skal grundforskning til, før man kan forvente resultater

Med en bevilling fra Forskningsfonden Europæisk Research Council får Karsten Flensberg, Ferdinand Kuemmeth, Martin Leijnse og Charles Marcus, videnskabelig leder af Microsoft Quantum Lab Copenhagen,  mulighed for at forske i Majorana partiklen. Forskere verden over arbejder på, at kvantecomputere en dag kan overtage de helt tunge beregningsopgaver ved at sprænge de gængse computeres fastlåste begrænsninger. Det eksperimentelle laboratorium er støttet af Danmarks Grundforskningsfond og Microsoft.

Her kan Majorana-partiklen være afgørende, fordi man mener, at den kan huske information bedre end sædvanlige transistorer. Men der er et godt stykke vej, indtil den viden kan anvendes i elektronik, lige nu skal den helt elementære grundforskning på plads.

”Ønskescenariet er, at vi finder ud af, at Majorana partiklens egenskaber findes i virkeligheden. Så er vi blevet meget klogere, for det at opdage og verificere en ny type materiale og tilstand, det er virkelig noget, det kan ændre ved vores fundamentale forståelse for, hvad naturen tillader os at gøre,” siger professor Karsten Flensberg fra Københavns Universitet

Han har modtaget bevillingen sammen en gruppe forskere fra QDev, der er et center for kvanteelektronik under Niels Bohr Institutet og forskere fra Lunds Universitet. Samarbejdet involverer dog endnu flere folk, idet Professor Peter Krogstrup, videnskabelig leder af Microsoft Materials Lab i Lyngby, nord for København og Michael Manfra fra Purdue University, Indiana, USA, allerede har bidraget til projektet og vil komme til at bidrage endnu mere i fremtiden.

Majorana-partikel husker information bedre

Forskningsprojektet skal verificere, om Majorana-partiklen har de egenskaber, som forskerne regner med, at den har. Teoretisk set regner man nemlig med, at Majorana-partiklerne opfører sig på en bestemt måde, når man bytter rundt på dem. Ved ombytning ændrer partiklen hele det store ”system” af partikler, den indgår i. Dette er fundamentalt anderledes, end alle andre kendte partikler, som kun kan ændre det, der sker lige rundt om dem ved ombytning.

”Det er en meget særlig egenskab for en partikel, som kaldes en ikke-lokal egenskab. Det kan potentielt bruges til at behandle og beskytte kvanteinformation i fremtidens kvantecomputere,” fortæller Karsten Flensberg.

Niels Bohr Institutets udvikling af superledere er en forudsætning for projektet

Forudsætningen for hele projektet er, at forskerne på NBI har udviklet en ny type superledere, en slags nanoledninger, der kan lede elektroner uden at forstyrre dem. Det gør det muligt at studere Majorana-partiklens eksistens og funktion.

Superlederen fungerer dog kun tæt ved det absolutte nulpunkt, og forsøgene skal derfor foregå i kryofrysere ved en temperatur på ca. - 273 grader. Her vil forskerne sende strøm gennem superlederne og dermed tvinge Majorana-partiklerne til avancerede ”ombytninger”.

En ombytning tager et mikrosekund, og dem skal der laves mange tusinde af i forskellige kombinationer, som omdannes til store mængder data, som computere behandler.