NBI studerende laver øvelser online på IBM kvantecomputer

At udvikle en Kvanteintuition

Når de fysikstuderende arbejder med mekanik, termodynamik og elektromagnetisme bruger de i høj grad deres intuition til at forstå de udregninger og forsøg de udfører. Når vi eksempelvis slipper en bold, vil vores intuition fortælle os, at den falder nedad. Og hvis vi regner efter og finder, at det tager ca. 1/2 sekund for bolden at falde den første meter, fortæller vores intuition os, at det nok ikke er helt skævt. 

Denne klassiske intuition er derfor supernyttig. Men den samme luksus har vi ikke når det kommer til kvantemekanik. For at blive god til kvantefysik må man derfor opbygge en intuition for hvordan kvantesystemer opfører sig, dvs. en kvanteintuition.

Øvelser på kvantecomputere i skyen

Kim Splittorff, der underviser i kvantemekanik på Niels Bohr Institutet fortæller, at ikke nok med at kvantesystemer opfører sig meget anderledes end vi er vant til, det har også indtil nu været uhyre svært at lave kontrollerede eksperimenter med kvantesystemer, som man kunne bruge til at opbygge sin kvanteintuition. Men IBMs kvantecomputere giver helt nye muligheder.

At undervise i Kvantemekanik har indtil nu været som at undervise tørsvømning, men med IBMs kvantecomputere i skyen kan de studerende nu selv designe og realisere kvanteeksperimenter, og de forsøg de laver, de er med til at opbygge deres kvanteintuition.

Kvantecomputere

Vi er i en unik situation med dette projekt, hvor frontforskningen i kvanteteknologier, industrielle interesser og undervisningen i kvantemekanik mødes. 

Helt kort fortalt er en kvantecomputer et ekstremt velkontrolleret kvanteeksperiment, og hvis forsøget sættes rigtigt op, kan det udføre beregninger, der er umulige selv på de hurtigste supercomputere.

Kvantecomputerens fænomenale regneevner forventes i fremtiden blandt andet at få stor indflydelse på alt fra grøn omstilling til udvikling af medicin eller mere effektive solceller. Kvantecomputere er dog utroligt krævende at fremstille, og meget følsomme overfor forstyrrelser i deres omgivelser. 

På Niels Bohr Institutet forsker vi i at udvikle kvantebits, der er mindre følsomme overfor forstyrrelser, eller "støj" som man kalder det, samt nye anvendelsesmuligheder for kvantecomputere. Se vores tema om Kvantecomputeren

Unik situation og tæt samarbejde med IBM

Selvom kvantecomputere er i deres tidlige stadie, så går udviklingen med lynets hast, og det nuværende antal af de såkaldte qubits er helt perfekt til at træne de studerendes kvanteintuition.

Muligheden for at de fysikstuderende på KU kan arbejde med kvantecomputere i undervisningen, er kommet i stand gennem et tæt samarbejde mellem Niels Bohr Institutet og IBM Danmark, og når de fysikstuderende på NBI træner deres forståelse på kvantecomputere, giver de samtidig værdifuld feedback til IBM om alt fra algoritmer til brugerflade.

De fysikstuderende og jeg kan på IBM Q kan lynhurtigt designe og udføre forsøg midt i undervisningen. Det gør de abstrakte begreber mere konkrete og undervisningen meget mere interaktiv. Jeg ville ønske at dette havde været muligt da jeg selv havde kvantemekanik-kurserne for to år siden. Så ville jeg helt sikkert havde forstået det både hurtigere og bedre.

Fysikstuderende træder ind i den kvantemekaniske verden allerede på deres andet år i fysikuddannelsen

Når man studerer fysik på Københavns universitet, bliver man undervist af forskere fra Niels Bohr Institutet. Allerede på andet år af bacheloruddannelsen i fysik har man to hele kurser i kvantemekanik.

Bacheloruddannelsen i fysik på Københavns universitet åbner for en række specialiseringer i Niels Bohrs Institutets mange forskningsgrupper.

En af mulighederne er at specialisere sig i kvantefysik, og her åbner der sig en ny verden, uanset om man er mest til at bruge en blyant, en computer, en skruetrækker eller til at starte en ny virksomhed.

Niels Bohr Institutet huser 3 af landets største forskningscentre for kvantefysik (Quantop, Hy-Q og Center for Quantum Devices).