I 30 år har Per Delsing, professor i kvantteknologi vid Chalmers, haft fokus på kvantpartiklar och elektriska kretsar som beter sig som konstgjorda atomer. I detta mikrokosmos beter sig materia och energi annorlunda än i den klassiska fysiken. Att förstå och dra nytta av dessa fenomen är Per Delsings stora drivkraft.

– Kvantfysiken är naturens operativsystem. Vi kan inte se den omkring oss och den följer inte vår intuition, därför kan den kännas svår att förstå. Men kvantfysiken kan beskriva och göra exakta förutsägelser om naturen som är mycket svåra att göra i andra discipliner, säger Per Delsing.

När Wallenberg Center for Quantum Technology, WACQT, etablerades på Chalmers 2018 med huvudmålet att bygga Sveriges första kvantdator, utsågs Per Delsing till föreståndare. Som Wallenberg Scholar ska han nu ta fram ny, kvantteknologisk kunskap som kan öppna dörrar för såväl det Chalmersledda kvantprojektet som kvantteknologins globala utveckling.

Forskning i gruva – för strålningens skull

I ett av projekten går forskargruppen bokstavligen under jorden – och tar supraledande* kvantbitar med sig. I ett internationellt samarbete ska Per Delsings grupp genomföra experiment i en kanadensisk gruva, två kilometer under marken. Syftet är att granska ett relativt nyupptäckt problem: att kosmisk strålning med hög energi kan störa kvantdatorers beräkningar. I den underjordiska miljön är den kosmiska strålningen nästan obefintlig, vilket gör den idealisk för projektet.

– Kosmisk strålning kan skapa korrelerade fel, det vill säga fel som påverkar flera kvantbitar samtidigt. Detta gör det omöjligt att felkorrigera kvantbitarna, och kvantinformationen tappas. Vi behöver veta mer om hur de här kosmiska störningarna sker, för att förstå hur vi kan motverka dem. Därför ska vi göra olika tester och mäta kvantbitarnas livslängd. Först ovan jord, sedan i den underjordiska testmiljön, så att vi kan studera skillnaderna, säger han.

”Om vi inte hittar sätt att motverka den kosmiska strålningen kan vi inte felkorrigera kvantdatorerna i framtiden. Därför är det här ett väldigt viktigt problem att lösa.”

I dagsläget finns flera idéer om hur den kosmiska strålningen kan motverkas. Forskarna vill undersöka om det har en positiv effekt att substraten – kiselplattorna som kvantbitarna sitter på – görs tunnare. De kommer också försöka absorbera de störande fononer, ljudpartiklar, som uppstår av den kosmiska strålningen, samt testa att skapa ett slags dike i substratet som strålningen inte tar sig vidare från.

– Om vi inte hittar sätt att motverka den kosmiska strålningen kan vi inte felkorrigera kvantdatorerna i framtiden. Därför är det här ett väldigt viktigt problem att lösa. Tack vare vår tillgång till den unika forskningsmiljön i gruvan tror jag vi har stora möjligheter att lyckas med det, säger han.  

Vill få bort störande brus

Per Delsing ska även ta sig an en annan utmaning med framtidens kvantdatorer: att lyckas lösa ut kvantinformationen från kvantbitarna utan störningar. Eftersom kvantinformationens signaler är så låga krävs särskilda förstärkare för att kunna läsa av dem. Men dagens förstärkare orsakar en hel del brus, det vill säga störningar i form av slumpmässig, oönskad information.

Per Delsing gör en jämförelse med ett oskarpt, ”brusigt” foto som gör motivet – och i detta fall kvantinformationen – svårare att uppfatta.

– De förstärkare som främst används idag har energiförluster som märks genom att de blir varma, och dessa förluster är kopplade till brus. Därför vill vi bygga nya, förbättrade så kallade parametriska förstärkare. Det är mikrovågsförstärkare som – liksom kvantbitar – byggs av supraledande kretsar. Eftersom supraledande kretsar har mycket små förluster, kommer väldigt lite brus adderas till kvantinformationen, säger han.

Parametriska förstärkare finns redan idag, men med den gedigna kunskap som finns inom WACQT hoppas Delsings forskargrupp kunna vässa tekniken ytterligare.

– Målet är att lyckas bygga en riktigt bra förstärkare som kan användas för att läsa ut kvantinformation med minimalt brus, säger han.

Månlandningen banade väg för fysikintresset

Fysikens värld har fascinerat Per Delsing sedan barnsben. När han var tio år såg han månlandningen på tv, och fick en riktig wow-upplevelse.

– Jag tyckte det var väldigt häftigt, och tänkte: ”jag måste syssla med något sådant här när jag blir äldre”, säger han.

Just astronaut blev han inte, men fastnade i stället tidigt för fysiken och alla obesvarade frågor som ämnet hyser. Som doktorand kom han i kontakt med kvantfysiken, och kände att han hade hamnat helt rätt. Här får han utlopp för sin nyfikenhet, och sin drivkraft att upptäcka och förstå nya saker.

– Kvantfysiken innehåller så många spännande fenomen som inte har någon motsvarighet i den klassiska fysiken. Att försöka förstå och använda dessa fenomen är otroligt roligt. Dessutom är det kul att få jobba med så många intelligenta människor från hela världen – som våra doktorander. Ibland är de smartare än jag!

Text Ulrika Ernström
Bild Johan Wingborg