Triplet-superledning og kvante-qubits

De fleste nuværende prototyper af kvantecomputere bruger superledende materialer til at udføre kvanteberegning, da disse materialer kan holde kvanteegenskaber mere stabile, med den primære alternativ, den såkaldte ”trapped-ion quantum computer”.

Indtil videre har kun trapped-ion-modeller vist sig at være tilstrækkeligt pålidelige, men de er meget begrænsede i antallet af brugbare qubits, de kan indeholde (kvantecomputerens ækvivalent til en almindelig computers bit).

Selvfølgelig ville den ideelle mulighed være at forbedre superledende materialer, så de bliver egnet til kvanteberegninger. Der er gjort en del arbejde i den retning, især med lattice surgery og med længerevarende qubits. Men det viser sig stadig ikke at være nok til at skabe kommercielle, skalerbare superledende kvantecomputere.

Et andet avanceret felt inden for datalogi er spintronik, som bruger de kvantemæssige egenskaber ved partikler, spin, i stedet for elektriske ladninger som i klassisk elektronisk beregning. Indtil videre har kvantecomputing og spintronik været noget relateret, men ikke direkte forenet, da superledende materialer ikke har en spin. I hvert fald indtil nu.

(Du kan læse mere om spintronik i vores artikel dedikeret til denne teknologi)

Et team af forskere ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet og Università degli Studi di Salerno (Italien) har muligvis opdaget en triplet-superleder, en type superleder med unikke spin‑egenskaber.

Denne nye type superledende materiale kunne blive en game‑changer for opbygningen af superledende kvantecomputere. De offentliggjorde deres resultater i *Physical Review Letters* under titlen “Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects”.

“En triplet‑superleder er højt på ønskelisten hos mange fysikere, der arbejder inden for faststoffysik. Materialer, der er triplet‑superledere, er en slags ‘hellig gral’ i kvanteteknologi, og mere specifikt i kvantecomputing.”
Professor Jacob Linder – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet

Imens har et andet team af forskere ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Leiden Institute of Advanced Computer Science (Holland), Chalmers University of Technology (Sverige), University of Regensburg (Tyskland) og firmaet Quantum Machines opdaget, hvordan man kan finde defekter – et nøgleproblem, der plager superledende materialer – med en ny form for effektiv fluktuationsdetektion.

De offentliggjorde deres resultater i *Physical Review X2* under titlen “Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits”.

Triplet-superledere

Swipe to scroll →

Hvorfor betyder det noget?

Teoretisk set kunne spin være et perfekt medium til overførsel af kvanteinformation mellem qubits og mellem forskellige kvantecomputere.

Problemet er, at teknologien i sin nuværende form er alt for ustabil, og informationsoverførslen er for kompleks til praktisk brug.

Dette kan dog vise sig at være forkert, hvis vi får adgang til triplet‑superledere. De kan overføre spin uden energitab, så de superledende partikler nu også bærer spin.

“Triplet‑superledere muliggør en række usædvanlige fysiske fænomener. Disse fænomener har vigtige anvendelser inden for kvanteteknologi og spintronik.”
Professor Jacob Linder – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet

Mens en mere almindelig singlet‑superleder kan transportere strøm uden modstand, kan en triplet‑superleder også transportere spin‑strømme med absolut nul modstand. Som resultat kunne en kvante‑ eller spintronisk computer blive ultra‑hurtig, samtidig med at den bruger næsten ingen elektricitet overhovedet!

Niobium‑rhenium legeringer

I deres arbejde opdagede forskerne, at NbRe, en niobium‑rhenium legering, udviser adfærd karakteristisk for en triplet‑superleder.

Mer præcist fandt de “inverse spin‑valve effect”, et specialtilfælde af giant magnetoresistance, en magnetisk egenskab ved lagdelte materialer, som vandt Nobelprisen i 2007.

Dette er i sig selv ikke bevis for, at NbRe er en triplet‑superleder, men det beviser tydeligt, at den ikke opfører sig som en konventionel singlet‑superleder bør.

Langsigtet potentiale

Denne opdagelse har ekstra potentiale, da NbRe let kan fremstilles i tyndfilm, og enkelheden i heterostrukturen gør den særligt egnet som en potentielt skalerbar platform for superledende spintronik.

Derudover fungerer materialet som superleder ved relativt høj temperatur (mindst efter standarderne for superledende materialer), kun 7 grader Celsius over det absolutte nulpunkt ved -273,15 °C (−459,67 °F), mens de fleste andre kandidatmaterialer kun kræver en grad over nulpunktet.

Dog er både niobium og rhenium dyre og sjældne metaller, så de vil ikke direkte gøre kvantecomputere billigere.

Det næste skridt vil være, at andre forskere bekræfter disse fund og udfører yderligere tests, der peger på triplet‑superledning.

Triplet‑superledere kan også bruges til at skabe en meget eksotisk partikeltype kaldet en “Majorana‑partikel”, som er sit eget antipartikel. Derfor kan den udføre beregninger i en kvantecomputer på en stabil måde.

Som andre forskere også kommer tættere på at udnytte Majorana‑partikler og Microsoft allerede har en chip med Majorana Zero Modes (MZMs), ser dette ud til at være en stadig mere lovende retning for den fremtidige udvikling af kvantecomputing.

Detektion af kvantemateriale‑defekter

For hurtige ændringer

Materialerne, som qubits er indlejret i, viser ofte defekter, der er ansvarlige for qubits’ upålidelighed. Disse defekter kan fluktuere ekstremt hurtigt i rummet, nogle gange hundredevis af gange per sekund.

Den nuværende metode til at opdage disse defekter, som kan tage op til et minut, er derfor fuldstændig utilstrækkelig til at fange dem. Faktisk vidste ingen præcis, hvor hurtigt dette skete indtil nu.

I stedet er forskerne tvunget til at måle en gennemsnitlig energitabshastighed, hvilket ofte giver et ufuldstændigt billede af qubitens reelle ydeevne.

Som følge heraf må kvantecomputere, der er afhængige af superledning, benytte mange “tricks” for stadig at kunne udføre deres beregninger, selv når qubit’en ofte har lidt decoherence, uden at brugeren kan opdage det.

Brug af klassiske computere til at hjælpe

For at fremskynde detektionen af defekter brugte forskerne en Field‑Programmable Gate Array (FPGA), en specialiseret controller. Disse specialiserede chips er ikke så fleksible som dem, der bruges i CPU’er eller GPU’er, men de er ultra‑specialiserede, meget hurtigere til en specifik opgave og mindre energikrævende.

Ved at køre eksperimentet direkte på FPGA’en kunne de danne et “bedste gæt” på, hvor hurtigt qubit’en ville miste sin energi baseret på kun et håndfuld målinger.

Selvom dette virker som en indlysende løsning, var programmeringen af FPGA’en korrekt meget udfordrende, især hvis FPGA’en skulle være lidt fleksibel.

Metoden de brugte er, at chippen opdaterer sin interne “viden”, kaldet en Bayesian‑model, efter hver eneste qubit‑måling.

Kilde: Physical Review X

“Controlleren muliggør en meget tæt integration mellem logik, målinger og feedforward: disse komponenter gjorde vores eksperiment muligt.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institutet

Mod realtidskalibrering

Indtil nu har kvantecomputingsindustrien kun kunnet “håbe” på, at deres qubits stadig fungerer, og har arbejdet hårdt på at reducere sandsynligheden og hastigheden for decoherence.

Men denne nye tilgang baner vejen for beregninger, der aktivt udvælger pålidelige qubits, selv med mindre end perfekte materialer.

“Med vores algoritme kan den hurtige kontrolhardware pinpoint, hvilken qubit der er ’god’ eller ’dårlig’, grundlæggende i realtid. Vi kan også indsamle nyttige statistikker om de ’dårlige’ qubits på sekunder i stedet for timer eller dage.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institutet

På længere sigt vil dette åbne et nyt forskningsområde, hvor man får en bedre forståelse af, hvad der gør en individuel qubit “dårlig”, i stedet for at stole på gennemsnit og gæt.

Konklusion

Som ved begyndelsen af elektronik vil fremskridtet inden for kvantecomputing komme fra en mangfoldighed af retninger.

Et vigtigt aspekt vil være produktionen af bedre superledende materialer, der kan skabe mere stabile og holdbare qubits. Og måske også transportere information i form af en superledende spin‑strøm på samme tid.

Imens kan forbedret detektion af decoherence i en given qubit give en sensor‑ og software‑drevet metode til radikalt at forbedre ydeevnen uden at skulle stole på mere komplekse eller svære at fremstille materialer.

Investering i innovation inden for kvantecomputing

Microsoft

Mens Microsoft er mest kendt for sin meget stærke tilstedeværelse i operativsystemer med Windows, er det også en kæmpe spiller inden for mange andre teknologifelter.

For eksempel er det førende inden for forretningsløsninger, herunder Office (Outlook, Word, Excel og PowerPoint), men også firmaopkald (Teams), cloud‑delte lagring (OneDrive), Visio (diagrammer, grafer), Loop (samarbejdsområde) og Access (database).

Selvom det ikke er førende inden for cloud‑tjenester (domineret af Amazons AWS), udgør Microsoft 20 % af den globale cloud‑infrastruktur gennem sin Azure‑platform, så stort som de samlede andele af Google + Alibaba + Oracle.

Kilde: Statista

Microsoft ejer også LinkedIn, GitHub, Xbox og mange af verdens største videospilstudier.

Når det gælder AI, har Microsoft fokuseret mere på tekniske anvendelsestilfælde og forretningsapplikationer end på forbruger‑apps, især med AI4Science‑programmet, som udvikler AI til videnskabelig forskning.

Dette inkluderer f.eks. at fremskynde arbejdet for materialeforskere, så de kan designe nye molekyler eller batterielektroder ved at lade en AI indsnævre 32 millioner potentielle materialer til 500 000 kandidater og derefter til 800 på under 80 timer.

Kilde: Microsoft

Virksomheder som Unilever bruger allerede denne “Generative Chemistry” til at fremskynde deres videnskabelige opdagelser.

Indtil nu har Microsoft, når det gælder kvantecomputing, syntes at hænge bagefter i forhold til Google eller IBM; de tilbød kvante‑cloud‑tjenester med Azure Quantum. Tjenesten kan også tilbyde “hybrid computing”, der blander kvantecomputing med traditionel cloud‑baseret supercomputer‑service.

Kilde: Microsoft

Da Microsoft udgav sin egen Majorana‑partikel‑baserede chip i begyndelsen af 2025, er virksomheden blevet en af de globale ledere inden for kvantecomputing.

Med nye materialer som triplet‑superledere eller nye muligheder for realtids‑kalibrering er det sandsynligt, at Microsoft vil kunne fortsætte med at gøre fremskridt og integrere disse nye værktøjer i sine egne kvantecomputere.

(Du kan også læse vores artikel, der sætter spotlight på Microsoft som helhed i mere detaljeret form for bedre at forstå virksomheden).

Seneste Microsoft (MSFT) aktienyheder og udviklinger

Studie refereret

<sup>1. F. Colangelo et al, Afsløring af intrinsisk triplet‑superledning i ikke‑centrosymmetrisk NbRe gennem inverse spin‑valve‑effekter. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – Udgivet 25. november 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Realtids‑adaptiv sporing af fluktuerende afslapningsrater i superledende qubits Phys. Rev. X 16, 011025 – Udgivet 13. februar 2026. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3</sup>