Forskare har presenterat en ny arkitektur för supraledande kvantdatorer som kan lösa ett av de största hindren för framtidens kvantberäkningar – hur antalet kvantbitar, eller qubits, ska kunna skalas upp utan att prestandan försämras.
Den nya lösningen visar hur supraledande kvantprocessorer kan byggas på ett modulärt sätt där flera mindre kvantchip kopplas samman till ett större system. Forskarna menar att detta kan bli en avgörande byggsten på vägen mot kvantdatorer som kan lösa problem långt utanför dagens räckvidd.
Skalbarhet är den stora utmaningen
Under de senaste åren har utvecklingen av kvantdatorer gått snabbt, men de flesta system består fortfarande av relativt begränsade mängder qubits.
Problemet är att varje ny qubit kräver avancerad styrning, kylning och signalhantering. När antalet qubits ökar blir det allt svårare att bibehålla hög precision och låg felfrekvens.
Forskarna bakom den nya studien har därför fokuserat på en arkitektur där flera mindre kvantprocessorer kan kopplas samman till ett större system utan att prestandan försämras i samma takt som hos traditionella konstruktioner.
Moduler kopplas ihop till ett större system
Istället för att försöka tillverka ett enda enormt kvantchip bygger den nya lösningen på flera sammankopplade moduler.
Varje modul innehåller ett antal supraledande qubits och kan kommunicera med de övriga genom specialutvecklade kopplingar med mycket låg förlust.
Den modulära konstruktionen gör det möjligt att successivt bygga ut kvantdatorn i takt med att tekniken utvecklas, samtidigt som tillverkning, testning och underhåll förenklas.
Forskarna beskriver detta som en betydligt mer realistisk väg mot kvantdatorer med tusentals eller i framtiden miljontals qubits.
Supraledande qubits dominerar utvecklingen
Supraledande kvantbitar är idag den mest använda tekniken bland flera av världens ledande aktörer inom kvantdatorer.
De tillverkas med halvledarliknande processer och arbetar vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten, där elektriskt motstånd försvinner.
Tekniken erbjuder mycket snabba beräkningar, men kräver extrem precision för att minimera störningar som kan orsaka fel i kvanttillstånden. Därför är förbättrad skalbarhet en av de viktigaste forskningsfrågorna inom området.
Viktigt för framtidens kvantberäkningar
En större och mer tillförlitlig kvantdator skulle kunna användas inom många områden där dagens superdatorer når sina gränser.
Exempel är:
- utveckling av nya läkemedel
- simulering av avancerade material
- optimering av energisystem
- kryptografi
- artificiell intelligens
- klimatmodellering
För att sådana tillämpningar ska bli möjliga krävs dock kvantprocessorer med betydligt fler qubits och betydligt lägre felnivåer än idag. Den nya arkitekturen är ett steg mot detta mål.
Nästa steg blir större kvantprocessorer
Forskarna planerar nu att vidareutveckla tekniken genom att koppla samman fler moduler och undersöka hur arkitekturen fungerar i betydligt större system.
Målet är att skapa kvantprocessorer som både kan växa i storlek och samtidigt bibehålla den precision som krävs för praktiskt användbara kvantberäkningar.
Även om kommersiella storskaliga kvantdatorer fortfarande ligger några år bort visar studien att den modulära vägen kan bli en av de mest lovande strategierna för att ta nästa stora steg inom kvanttekniken. Om konceptet fungerar i större skala kan det bana väg för kvantdatorer som klarar betydligt mer avancerade beräkningar än vad som är möjligt med dagens system.
Publikationsuppgifter
World-first superconducting quantum architecture points the way to larger-scale quantum processors (2026).
