Kvantekapløb i lysets hast: Nyt dansk projekt vil levere fotoner til fremtidens supercomputere

Et internationalt kapløb finder i øjeblikket sted om at udvikle fremtidens kvantecomputere, som kan løse vanskelige beregningsopgaver indenfor f.eks. lægemiddeludvikling, kemi og optimering, som nutidens computere må give op overfor. Flere firmaer deriblandt Quandela i Europa og PsiQuantum i USA satser på den fotoniske platform, hvor kvanteberegningerne udføres ved hjælp af kvantiserede lyspartikler, også kaldet fotoner. I dag eksisterer der dog endnu ikke lyskilder, der kan levere fotoner til storskalakvantecomputere på tilstrækkelig effektiv vis.

I et nyt forskningsprojekt med navnet ”Quantum Light Sources for Quantum Computing - QLIGHT” skal et konsortium bestående af DTU Electro, Danmarks Nationale Metrologiinstitut og det franske firma Quandela løse netop dette problem. Målet er at udvikle højeffektive lyskilder, der kan integreres i en industriel fotonisk kvantecomputerplatform, og dermed muliggøre langt større kvanteberegninger, end hvad der kan lade sig gøre i dag. Den høje effektivitet skal opnås ved at placere et såkaldt kvantepunkt, der udsender fotonerne i en mikrosøjlestruktur, der dirigerer lysudsendelsen ind i en optisk fiber. For at levere høj effektivitet, skal kvantepunktet fremstilles i et ultrarent miljø ved hjælp af materialer med særdeles høj renhed. 

- Teknologien minder om den kendt fra traditionelle halvlederlasere. Men for at lyskilderne kan udsende kvantiseret lys på effektiv vis, stilles der skærpede krav til materialerne, siger projektleder Niels Gregersen, som er professor på DTU.

Derfor har DTU allieret sig med Danmarks Nationale Metrologiinstitut, som skal dyrke højkvalitets halvledermateriale i et ultrahøjt vakuum i en ny-etableret Molecular Beam Epitaxy maskine.

Dr. Sabbir A. Khan, leder af Quantum Materials (QMAT)-gruppen på DFM, understreger den afgørende rolle, som ultrarene materialer spiller i kvantecomputingplatforme:

- Ydelsen af fotoniske kvantekomponenter er direkte forbundet med materialernes egenskaber, der er designet på atomart niveau. Hos DFM fokuserer vores QMAT-team på præcist at konstruere og finjustere halvlederstrukturer atom for atom. Gennem dette projekt sigter vi mod at udvikle en yderst effektiv lyskilde ved at optimere halvlederplatformen, forklarer han.

Danmark er lige nu i en stærk position inden for forskning i fotoniske kvanteteknologier.

- Det overordnede projektmål er at anvende DTUs know-how til at levere en teknologisk løsning, der kan bidrage til opbygningen og styrkelsen af den kommercielle danske kvanteindustri, siger Niels Gregersen.

Specifikt skal investeringen fra Innovationsfonden muliggøre udvikling af eksperimentelle prototyper, hvis høje ydeevne i øjeblikket kun er demonstreret numerisk. Disse lyskilder skal testes i Quandelas industrielle kvantecomputerplatform, og ved projektets afslutning forventes lanceringen af en dansk spin-out virksomhed, der kan levere lyskilder f.eks. til Quandela.

Det globale internationale kvanteteknologiske marked er i en rivende udvikling, og den fotoniske del alene forventes at udgøre 6 mia. USD i 2034. Selv om universelle fuldt funktionelle kvantecomputere stadig er 10-15 år fremme i tiden, forventes de til den tid at revolutionere samfundet ved at løse komplekse problemer inden for kryptografi, medicin, kunstig intelligens og materialevidenskab, som nutidens klassiske computere må give op overfor.

Fakta

• Innovationsfondens investering: 18,9 mio. kr.
• Samlet budget: 23,4 mio. kr.
• Varighed: 4 år
• Officiel titel: Quantum Light Sources for Quantum Computing - QLIGHT
  
  

Om partnerne
DTU Electro er en af Europas største offentlige forskningsinstitutter inden for elektronik og fotonik og dækker en lang række optiske discipliner inklusive grundlæggende lys-materiale-vekselvirkning og optisk telekommunikation samt anvendt forskning og innovation. Kvanteteknologi er et centralt langsigtet forskningsområde på instituttet.

DFM, Danmarks Nationale Metrologiinstitut, er et GTS-institut med det højeste niveau af målekompetence i Danmark på tværs af en række kritiske målinger. Det huser også Quantum Denmark, et centralt kvanteinitiativ finansieret af den danske regering. Derudover er DFM en del af DIANA NATO Quantum Test Centret og Danish Chip Competence Centret, hvor det understøtter både danske og europæiske kvanteinitiativer. Med en stærk baggrund inden for kvanteteknologi, standarder og metrologi specialiserer DFM sig i kvantecomputing, kvantekommunikation og kvantesensorer.

Quandela er en førende fransk virksomhed inden for fotoniske kvantecomputere, grundlagt i 2017. Virksomheden har udviklet sig til den førende udbyder af komplette fotoniske kvantecomputerløsninger og beskæftiger over 100 medarbejdere fra 20 forskellige nationaliteter, hvoraf størstedelen er forskere og ingeniører inden for optik, algoritmer og informationsvidenskab.