Kvantcomputing: Ny smart forstærker sparer energi

Forskere fra Chalmers tekniske universitet i Sverige har udviklet en mikrobølgeforstærker, som kun er aktiv under aflæsningen af en kvantebit. I forsøgene brugte den i gennemsnit omtrent en tiendedel af effekten fra en sammenlignelig forstærker, der var tændt hele tiden, og reagerede på 35 nanosekunder. Resultatet handler om aflæsningselektronik, ikke om en færdig ny kvantecomputer eller en påvist generel stigning i regnehastighed.

Hvorfor skal en kvantebits signal forstærkes?

En almindelig bit er 0 eller 1. En kvantebit kan være i en superposition af kvantetilstande, men en måling giver et klassisk resultat. Mikrobølgesignalet fra aflæsningen er meget svagt og skal forstærkes med så lidt støj som muligt. Superposition betyder ikke, at en måling giver »alle værdier på én gang«. Kvantecomputere er heller ikke hurtigere end klassiske computere til enhver opgave.

Effekt og køling

Mange kvanteprocessorer arbejder ved ekstremt lave temperaturer. Forstærkere, der konstant er tændt, tilfører varme til kølesystemet, og flere aflæsningskanaler kan øge belastningen. Forskerne undersøgte derfor, om forstærkeren kunne aktiveres alene under de korte aflæsningspulser.

Undersøgelsen af en pulseret HEMT-forstærker

I studiet Pulsed HEMT LNA Operation for Qubit Readout afprøves en støjsvag transistorforstærker i et kryogent forsøgsopstilling. En optimeret spændingskurve styrer aktiveringen, så forstærkningen og støjniveauet når de ønskede værdier hurtigt nok før aflæsningspulsen.

Målinger og resultater

Holdet målte blandt andet støj over tid, forstærkning og strømforløb. Chalmers oplyser, at forstærkeren reagerede på 35 nanosekunder, og at pulseret drift brugte omkring en tiendedel af effekten ved den sammenlignede kontinuerlige drift. Tallene gælder denne del af kredsløbet under forsøgets betingelser. De betyder ikke, at en hel kvantecomputer bruger 90 procent mindre strøm eller automatisk læser alle kvantebits mere præcist.

Mindre varme fra aflæsningselektronikken kan være nyttigt, hvis der skal tilføjes flere kanaler. Integration med andre kvantebits, langvarig drift og den samlede systemydelse skal stadig undersøges.

Mulige anvendelser og begrænsninger

Kvanteberegning undersøges blandt andet til kemi, optimering og kryptografi. Denne ene forstærkerundersøgelse viser ikke, at nutidige kvantecomputere kan erstatte lægemiddelforsøg, bryde al kryptering eller løse store logistikopgaver på få sekunder. Studiet giver heller ingen bekræftet tidsplan for bred kommerciel anvendelse.

Forskere og støtte

Forfatterne omfatter Yin Zeng, Jörgen Stenarson, Peter Sobis og Jan Grahn. Projektet fik støtte fra blandt andet Vinnovas Smarter Electronic Systems-program og Chalmers’ WiTECH-center.

Nvidia og kvanteberegning

Nvidia (NVDA ) udvikler klassisk accelereret databehandling og software, der kan kobles til styringen af kvanteprocessorer. Selskabets DGX Quantum-arkitektur er udviklet med Quantum Machines. Nvidia fremstillede ikke den undersøgte forstærker, og studiet er ikke en prognose for aktiens afkast.

Seneste nyheder om Nvidia-aktien (NVDA)

Konklusion

Den pulserede forstærker viser en konkret mulighed for at sænke energiforbruget i kvantecomputeres aflæsningselektronik. Betydningen for store systemer må afgøres gennem yderligere integrationstest. Læs mere om beregningsteknologi.

Henvisning

Zeng, Y., Stenarson, J., Sobis, P. og Grahn, J. (2025). Pulsed HEMT LNA operation for qubit readout. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. doi:10.1109/TMTT.2025.3556982.