Svensk kvantteknik går under jorden

Strålning från rymden är en utmaning för dagens kvantdatorer, då kosmiska störningar begränsar deras workload, beräkningstid. Nu ska kvantforskare från Chalmers och University of Waterloo i Ontario, Kanada, ta med sig svenska kvantbitar ner i underjorden för att hitta en lösning på problemet – i en två kilometer djup kanadensisk gruva.

En nyligen upptäckt orsak till att fel uppstår hos kvantdatorer är kosmisk strålning. Partiklar från rymden laddade med hög energi stör de känsliga kvantbitarna som förlorar sitt kvanttillstånd och därmed också förmågan att fortsätta beräkningen. Det innebär att den tidsrymd som en kvantdator kan arbeta på ett beräkningsproblem idag är begränsad. Men nu ska Chalmersforskare tillsammans med kollegor i Kanada söka svar på problemet i världens djupast belägna renrum, två kilometer under jorden.

– Vi är superglada över det här projektet, eftersom det tar upp den mycket viktiga frågan om hur kosmisk strålning påverkar kvantbitar och kvantprocessorer. Att få tillgång till den här underjordiska anläggningen är avgörande för att förstå hur effekterna av kosmisk strålning kan mildras, säger Per Delsing, professor i kvantteknologi vid Chalmers och föreståndare för Sveriges största kvantteknologiska satsning – Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT).

Ger skydd mot störande strålar

I det unika forskningsprojektet samarbetar Chalmersforskarna med Institute for Quantum Computing (IQC) vid University of Waterloo i Ontario, Kanada, och Snolab, världens djupast belägna renrum beläget i gruvan Vales Creighton i Ontario. I studien ska supraledande kvantbitar tillverkade på Chalmers först testas ovan jord i både Sverige och Kanada. Därefter ska samma kvantbitar testas långt under den kanadensiska markytan så att skillnader mellan de olika miljöerna ska kunna studeras. Med hjälp av den två kilometer tjocka ”markskölden” som täcker det underjordiska renrummet kan forskarna nästan helt stänga ute kosmisk strålning och radioaktivitet som annars hade ”slagit ut” kvantbitarna ovan jord.

Det kanadensiska underjordslaboratoriet har världens lägsta flöde av myoner – partiklar som bildas när kosmisk strålning når jordens atmosfär – och avancerade testmöjligheter som gör det till en idealisk plats för att bedriva forskning inom kvantteknologi.

Kan bana väg för lösning på felkorrigeringsproblem 

För att kvantdatorernas genomslag ska realiseras i samhället behöver kvantforskarna först lösa frågan om felkorrigering. Klassiska datorer använder system som kan korrigera de fel som uppstår och ge tillförlitliga resultat.

De felkorrigeringsmetoder som används på kvantdatorer idag utgår från att alla fel uppstår oberoende av varandra. Det är en felaktig bedömning när det gäller kosmisk strålning, då dessa slags fel tvärtom oftast korrelerar med varandra. Dagens felkorrigeringsmetoder kan inte rätta till korrelerande fel, vilket innebär att flera kvantbitar kan förlora sitt kvanttillstånd samtidigt. Genom att öka förståelsen för kvantbitarnas processer vill forskarna nu kunna hitta metoder för att minska antalet korrelerade fel.

– Med det här projektet hoppas vi kunna förstå hur vi ska få kvantdatorer att arbeta med beräkningar under längre tid, och därmed kunna lösa viktiga problem som idag är utom räckhåll, säger Per Delsing, som redan påbörjat förberedelserna för de svenska kvantbitarnas resa ner i underjorden.