LMU-forskare utvecklar kvantdatorer med enskilda atomer

Professor Johannes Zeiher, kvantfysiker vid Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), är en drivande kraft bakom utvecklingen av nya metoder för kvantberäkningar som använder enskilda atomer. Hans forskning har lett till grundandet av startup-företaget planqc, som fokuserar på att kommersialisera denna lovande teknologi.

Konventionella teknologier, såsom lasrar och halvledarmaterial, bygger på kontrollen av ett stort antal elementarpartiklar. Genom att rikta och kontrollera individuella atomer öppnas dock ett helt nytt fönster in i kvantmekanikens värld och möjliggör praktiska nya tillämpningar. Enligt Zeiher har de teoretiska idéerna om att använda atomer för beräkningar funnits sedan 1990-talet, men det är först de senaste årens tekniska framsteg, särskilt inom hanteringen av enskilda atomer, som har gjort det möjligt att realisera dem i laboratoriet.

Arbetet vid LMU och av Nobelpristagaren Ted Hänsch på 1970-talet med laseravkylning lade grunden för studiet av atomära system. Senare blev Immanuel Blochs och hans teams utveckling av kvantgas-mikroskopet, som möjliggör visualisering av enskilda atomer, ett avgörande steg. Detta har förbättrat kontrollen över atomerna till en nivå som möjliggör beräkningar.

Kvantdatorer skiljer sig fundamentalt från klassiska datorer som använder bitar (0 eller 1). Kvantdatorer arbetar med kvantbitar (qubits), som kan existera i ett tillstånd av 0, 1, eller en superposition av båda. Denna mer komplexa beräkningsprincip ger kvantdatorer potentialen för enorma beräkningsfördelar.

Zeiher och hans forskargrupp använder atomernas inre tillstånd som bitar och laserljus för att skapa de nödvändiga superpositionstillstånden. Avkylning av atomerna och användningen av optiska pincetter är avgörande för att lokalisera och kontrollera atomerna under beräkningsprocessen, vilket möjliggör precisa kvantberäkningar.