Page 7

DTU-avisen_3_2013

ELITEFORS KER   Ifølge den berømte Moores lov fordobles antallet af transistorer i en klassisk computer hvert andet år. Og det har nogenlunde været tilfældet i de seneste 30-40 år, hvor it-teknologi fuldstændig har forandret verden omkring os. Men nu er der et problem: Inden for de næste ti år vil transistorerne få en størrelse som atomer eller små molekyler og kan ikke blive mindre. Det betyder, at vores computere ikke kan blive hurtigere. Og hvad gør vi så? For Ulrik Lund Andersen, der er professor på DTU Fysik, og som 7. februar modtog Uddannelsesministeriets EliteForsk-pris, er der ingen tvivl om, at jagten på mere computerkraft ikke vil stoppe bare fordi transistorerne ikke kan blive mindre. Og han mener at ligge inde med afløseren for computeren, som vi kender den i dag. Den nye computer, som ifølge Ulrik Lund Andersen vil nærme sig en realitet om et par årtier, når transistorerne når atom-størrelsen, hedder kvantecomputeren. Og den vil have en regnekraft, der blæser den klassiske udgave fuldstændig af banen. For i Ulrik Lund Andersens verden – og i kvantemekanikkens – kan lys være tændt og slukket på samme tid. Det kan med andre ord indeholde nul fotoner og en foton på samme tid. På samme måde kan en elektron på kvantemekanisk niveau befinde sig to steder samtidig. Det strider imod fornuften, og det er da også kun i den mikroskopiske verden, at det kan lade sig gøre. I hverdagen vil det da heller aldrig være tilfældet, for denne tilstand er enormt skrøbelig. Partikler udveksler nemlig konstant energi med omverden og i den proces forfalder denne ’superpositionstilstand,’ som det hedder når lys eller partikler er flere ting på en gang, fra et både-og til et enten-eller. En sæbeboble i et mørkt rum Men ved at tæmme lyset og opnå kontrol med tilstanden, er det Ulrik Lund Andersens mission, at vi i fremtiden skal kunne udnytte den til at skabe kvantecomputeren. „Superpositionstilstande er meget, meget skrøbelige. Så skrøbelig, at hvis man måler på dem, så går de i stykker,“ siger han. „Man kan sammenligne det med at måle positionen af en sæbeboble i et mørkt rum. Man kan ikke se den, men man kan føle sig frem. I det øjeblik man finder den, opnår man information om dens position, men den går i stykker, og al anden information om den forsvinder øjeblikkeligt. Så vores udfordring er at lave et isoleret system, så partiklerne ikke vekselvirker med omgivelserne.“ Hvis man kan opnå fuld kontrol med sine kvantesystemer og isolere dem fuldstændig fra omgivelserne, så kan man skabe eksotiske tilstande som man kalder kvantebits. Hvor en almindelig computer benytter sig af bits, som er enten nul eller et, så kan kvantebits befinde sig i en superposition mellem nul og et. Dette fænomen rummer muligvis kimen til en revolution af fremtidens informationssamfund, forklarer Ulrik Lund Andersen: „Fordi en kvantebit er nul og et på en gang, så kan man udføre parallelle operationer i modsætning til den klassiske computers serielle, og herved foretage to operationer ad gangen. Det kan så skaleres op. Danner man for eksempel en superposition af 300 kvantebits er det muligt at udføre flere operationer samtidig, end der er partikler i hele universet. Man kan således lave udregninger, som en klassisk computer vil bruge milliarder af år på at udføre.“ Udviklingen går stærkt Opbygningen af kvantecomputeren vil sandsynligvis komme til at ligne den klassiske, der kort fortalt har en indgang, en udgang og derimellem en processor, som foretager udregninger. Forskellen er, at det er kvantebits man sender ind, og kan man skabe nok af dem, så mangedobles antallet af mulige udregninger. Men opskaleringen af systemet byder på enorme udfordringer: „Man kan i dag lave en processor med op til 15 kvantebits i laboratoriet, men for at kunne bygge en robust computer, så skal vi måske danne 10.000 kvantebits, uden at det fylder for meget. Men den helt store udfordring er jo, at de kvantebits man arbejder med, er ufatteligt skrøbelige, hvilket ikke er tilfældet i en klassisk computer. Så vi forsøger at pakke vores kvantebits ind i specielle koder og gøre dem robuste overfor støj,“ siger han og fortsætter: „Det er en stor udfordring, men der er mange forskningsgrupper, der har fokus på det rundt omkring i verden. Selvom det først er i nullerne, at man er begyndt at udvikle teknologien, så går det utrolig hurtigt nu,“ fortæller Ulrik Lund Andersen, som glæder sig over den opmærksomhed til forskningsområdet, som EliteForsk-prisen også er et udtryk for: „Det er jo en klar anerkendelse af min forskning, hvis succes har været betinget af samarbejdet med superdygtige studerende og kolleger samt god støtte fra Forsknings og Innovationsstyrelsen og flere fonde. Men prisen er samtidig med til at sætte fokus på mit forskningsområde, hvilket jeg er meget glad for,“ siger han og fortsætter: „Det er en speciel gren af fysikken, der på den ene side er dybt grundvidenskabelig, hvor vi bruger vores forsøg til at opnå større viden om kvantemekanikkens forunderlige verden, og på den anden side er meget anvendelsesorienteret, hvor mærkværdighederne benyttes til at udvikle ny teknologi med revolutionerende anvendelser. Den direkte kobling mellem grundforskning og anvendt forskning er utrolig spændende.” - Tore Vind Jensen. Professor Ulrik Lund Andersen fra DTU Fysik har modtaget en af Uddannelsesministeriets fem EliteForsk-priser for sit arbejde med kvanteoptik. Hans indsats kan ændre fremtidens informationssamfund. Ulrik Lund Andersen ved sin forsøgsopstilling, hvor han arbejder på at producere kvantelys, der kan minimere kvantemekanisk støj. Få mere at vide Ulrik Lund Andersen Professor, DTU Fysik Ulrik.andersen@fysik.dtu.dk Morten Østergaard, minister for forskning, innovation og videregående uddannelser, overrækker EliteForsk-prisen til Ulrik Lund Andersen fra DTU Fysik. Elite Forsk-prisen Uddelt hvert år siden 2006 af Uddannelsesministeriet. Prisen er på 1,2 mio. kr. hvoraf 200.000 kr. er en personlig hæderspris, mens 1 mio. kr. skal gå til forskningsaktiviteter. Foto Nana Kreutzman Målet er fremtidens kvantecomputer 7


DTU-avisen_3_2013
To see the actual publication please follow the link above