En forskargrupp vid University of New South Wales (UNSW) har lyckats realisera en av kvantmekanikens mest kända tankeexperiment – Schrödingers katt – i en kiselbaserad kvantchip. Genombrottet, publicerat i Nature Physics, öppnar dörren för mer robusta kvantdatorer genom att hantera ett av fältets största utmaningar: felkorrigering .
Det klassiska tankeexperimentet blir verklighet
Schrödingers katt, formulerad 1935 av Erwin Schrödinger, illustrerar superposition – fenomenet där kvantsystem kan existera i flera tillstånd samtidigt tills de observeras. I originalet är en katt i en låda samtidigt död och levande, beroende på om en radioaktiv atom sönderfallit. UNSW-teamet har nu skapat en modern version av detta med en antimonatom (Sb) inbäddad i en kiselchip .
Nyckeln: Antimonatomens ovanliga spinn
Till skillnad från traditionella kvantbitar (qubitar), som kan representera två tillstånd (0 eller 1), har antimonatomens kärna ett spinn på 7/2, vilket ger den åtta möjliga spinnriktningar. Denna höga dimensionalitet gör systemet mer motståndskraftigt mot fel. Som Xi Yu, studiens förstaförfattare, förklarar: ”Vår metaforiska ’katt’ har sju liv – det krävs sju fel i rad för att förstöra informationen” .
Teknisk innovation: Kiselchips skalbarhet
Antimonatomens ”katt” är inbäddad i en kiselchip, en teknik som liknar den som används i dagens halledare. Detta möjliggör:
- Exakt kontroll: Magnetfält och mikrovågor manipulerar atomens kvanttillstånd med hög precision .
- Skalbarhet: Kiselbaserad teknik innebär att kvantsystem kan byggas med befintliga tillverkningsmetoder .
- Felupptäckt i realtid: Fel som uppstår kan identifieras och korrigeras innan de ackumuleras, vilket förlänger kvantberäkningars livslängd .
Varför är detta en milstolpe?
- Felresiliens: Medan en traditionell qubit kan kollapsa vid ett enskilt fel, krävs flera fel för att störa antimonatomens logiska tillstånd. Detta skapar en ”buffert” som köper tid för korrigering .
- Hårdvarunära integration: Genom att använda kisel minskar behovet av exotiska material, vilket underlättar kommersialisering .
- Universella kvantgrindar: Metoden stöder komplexa operationer som krävs för algoritmer som Shors eller kvantkemi-simuleringar .
Nästa steg: Fullständig felkorrigering
Även om tekniken är lovande, återstår att demonstrera fullständig kvantfelkorrigering – en förutsättning för praktiska tillämpningar. Teamet planerar nu att:
- Skala upp systemet till hundratals qudits (högdimensionala qubitar) .
- Integrera AI-drivna algoritmer för automatisk felhantering .
Slutsats: En ny era för kvantteknik
Denna forskning är inte bara en akademisk kuriositet – den adresserar en av de största flaskhalsarna i kvantdatorutveckling. Som professor Andrea Morello konstaterar: ”Vi har nu ett verktyg som gör det möjligt att se ’skråmor på katten’ innan den dör – och agera därefter” . Med vidareutveckling kan detta bli hörnstenen i en ny generation av pålitliga kvantdatorer.
Källor
- Nature Physics: Schrödinger cat states of a nuclear spin qudit in silicon [DOI: 10.1038/s41567-024-02745-0]
- UNSW News: Schrödinger’s cat in a silicon chip
- Newsweek: Quantum Computing Error Correction
- ZME Science: Schrödinger’s cat in silicon
- Scienmag: Quantum Error Correction Breakthrough
Artikeln sammanställer information från ovanstående källor, med särskild tonvikt på den primära studien i Nature Physics.
