Chalmers tekniska högskola skall leda utvecklingen i Sverige av förhoppningsvis världens snabbaste dator någonsin. Det handlar om en så kallad kvantdator med en kapacitet vida överlägsen dagens superdatorer.

Forskningssatsningen beräknas kosta en miljard kronor och möjliggörs av bland anat en jubileumsdonation på 600 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Forskningen är redan långt framme, men ändå måste man nog tänka sig ett tidsperspektiv på kanske 20-talet år innan en första kvantdator kan tänkas stå klar att tas i drift.

Formidabel konkurrens

Det blir dessutom en kapplöpning med tiden eftersom formidabla konkurrenter i USA, Kina, Kanada och Japan också satsar enorma belopp på forskningen. Även enskilda storföretag som IBM och Google talar om att bygga kvantdatorer för sina kommunikationstjänster.

Göran Wendin, Per Delsing, Göran Johansson och Jonas Bylander heter de fyra forskare vid Chalmers som, tack vare donationen från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, nu ska ta fram Sveriges första kvantdator. Det sker inom ramen för nystartade Wallenberg Centre for Quantum Technology. Foto: Johan Bodell/Chalmers

Göran Wendin, Per Delsing, Göran Johansson och Jonas Bylander heter de fyra forskare vid Chalmers som, tack vare donationen från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, nu ska ta fram Sveriges första kvantdator. Det sker inom ramen för nystartade Wallenberg Centre for Quantum Technology. Foto: Johan Bodell/Chalmers

Beslutsfattare och företagsledare börjar därtill inse, att kvantteknologin har potential att kraftigt förändra samhället, bland annat genom förbättrad artificiell intelligens, säker kryptering och effektivare och säkrare design av exempelvis läkemedel och material.

Redan långt framme

Först är det bra att veta, att Chalmers forskare redan arbetat i snart 20 år med att utveckla och studera supraledande så kallade kvantbitars egenskaper och kapacitet.

Forskarna har levererat många bidrag till kunskapen om och förståelsen av kvanttekniken och var bland de första i världen att skapa en supraledande kvantbit. De har även utforskat helt ny fysik genom omfattande experiment på enskilda kvantbitar.

– Vårt mål är att bygga en fungerande kvantdator med åtminstone 100 kvantbitar. En sådan skulle ha långt större beräkningskraft än dagens bästa superdatorer och kan exempelvis användas för att lösa optimeringsproblem, avancerad maskininlärning och tunga beräkningar av molekylers egenskaper, berättar på Chalmers hemsida Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik vid Chalmers och programdirektör för miljardsatsningen.

Fyra delområden

Utöver huvudprojektet att bygga en väl fungerande och kraftfull kvantdator omfattar forskningsprogrammet en nationell excellenssatsning, som skall utforska och bygga upp kompetens inom kvantteknologins fyra delområden: kvantdatorer, kvantsimulatorer, kvantkommunikation och kvantsensorer.

Övriga medverkande i projektet vid sidan av forskargruppen på Chalmers är professor Gunnar Björk vid  KTH i Stockholm, som ansvarar för kvantkommunikation, och professor Stefan Kröll vid Lunds universitet, som koordinerar området kvantsensorer.

Glad och tacksam rektor

Chalmers rektor och tillika VD, Stefan Bengtsson, kommenterar den nya satsningen så här:

– Jag är glad för att våra kvantfysikforskare, tillsammans med kolleger i övriga Sverige, får den här chansen att fokusera mot ett konkret och viktigt mål på ett sätt, som hela Sverige kan dra nytta av kunskapsmässigt. Jag vill också rikta ett stort tack till Wallenbergstiftelsen för dess djupa engagemang och långsiktiga stöd.

Satsar totalt 1,6 miljarder

Knut och Alice Wallenbergs stiftelse gör parallellt med Chalmersdonationen en miljardsatsning på artificiell intelligens, AI, i programmet Wallenberg Autonomous Systems and Software program, WASP, som lanserades 2015. Stiftelsen satsar således sammanlagt 1,6 miljarder för att utveckla i första hand forskarsamhällets datorkraft.

Supraledande kvantbitar

Chalmers kvantprocessorer byggs av supraledande kvantbitar, i form av elektriska kretsar på ett mikrochip som kan försätta enstaka fotoner i kvanttillstånd. I en vanlig dator lagras informationen i bitar som antingen har värdet ett eller noll. En kvantbit använder sig av fenomen från kvantmekaniken, och kan ha både värdet ett och noll samtidigt.

Den kan därför lagra mycket mer information. En kvantdator med 300 kvantbitar skulle kunna representera fler värden än antalet partiklar i universum.

Operationerna måste ske i en kryostat, alldeles nära den absoluta nollpunkten, för att kretsarna ska vara supraledande, alltså leda ström helt utan motstånd. Att koppla ihop många kvantbitar är relativt lätt, men att ha kontroll på kvanttillstånd och göra felkorrigeringar är svårt. Forskarna lär sig idag bemästra en första generation kvantdator uppbyggd av… tre kvantbitar.

WALLENBERG CENTRE FOR QUANTUM TECHNOLOGY

Wallenberg Centre for Quantum Technology är en tioårig miljardsatsning med målet att ta svensk forskning och industri till fronten av den andra kvantrevolutionen.

Forskningsprogrammet ska utveckla och säkra svensk kompetens inom alla kvantteknologins delområden: kvantdatorer, kvantsimulatorer, kvantkommunikation och kvantsensorer.

Forskningsprogrammet innefattar dels ett fokusprojekt med mål att utveckla en kvantdator, dels ett excellensprogram som täcker de fyra delområdena.

Wallenberg Centre for Quantum Technology leds av och är till stor del lokaliserat på Chalmers. Delområdena kvantkommunikation och kvantsensorer koordineras av KTH respektive Lunds universitet.

Satsningen omfattar en forskarskola, ett postdok-program, ett gästforskarprogram samt medel för rekrytering av unga forskare. Det kommer att säkerställa långsiktig, svensk kompetensförsörjning inom kvantteknologiområdet, även efter programmets slut.

Samarbete med flera industripartner säkrar att tillämpningsområdena blir relevanta för svensk industri. (Källa: Chalmers)