För att skapa en kvantdator kan olika fysiska system användas. Det ledande alternativet har under lång tid varit fångade joner i kristallform, men när systemet skalas upp till stora jonkristaller är metoden mycket långsam. Det går inte att utföra komplexa beräkningar tillräckligt snabbt innan den lagrade kvantinformationen faller sönder.

En forskargrupp vid Stockholms universitet kan ha löst detta problem genom att använda stora så kallade Rydbergjoner. Dessa Rydbergjoner är hundra miljoner gånger större än normala atomer eller joner och är mycket reaktiva, de kan därför utbyta kvantinformation på mindre än en mikrosekund.

Som små antenner för utbyte av kvantinformation

– Man kan säga att Rydbergjonerna fungerar som små antenner för att utbyta kvantinformation och på så sätt göra det möjligt att skapa de särskilt snabba kvantgrindar som är de grundläggande byggstenarna i en kvantdator, säger Markus Hennrich, Fysikum, Stockholms universitet, och ledare för forskningsgruppen vid Stockholms universitet.

– Växelverkan mellan Rydbergjoner är inte baserad på kristallvibrationer, vilket den är för joner fångade i kristallform, utan på utbyte av fotoner. Den snabba växelverkan mellan Rydbergjoner kan användas för att skapa kvantsammanflätning.

– Vi använde den här växelverkan för att utföra en kvantberäkningsoperation (en kvantsammanflätande grind) som är runt hundra gånger snabbare än vad som är typiskt för fångade jonsystem, förklarar Chi Zhang, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet.

Extra snabba och kraftfulla datorer

Teoretiska beräkningar som stödjer experimentet har gjorts av Igor Lesanovsky och Weibin Li vid University of Nottingham, Storbritannien och Universität Tübingen, Tyskland.

Fångade Rydbergjoner kombinerar styrkorna hos två mycket olika kvantprocessorer: fångad jon (ovan) och Rydbergatom (nedan) i en och samma teknik. Tekniken har potential att öka hastigheten hos fångade jonkvantdatorer. Bild: Elsa Wikander/Azote.

– Våra teoretiska beräkningar bekräftar att det inte förväntas någon inbromsning av beräkningshastigheten när jonkristallerna blir större, vilket betyder goda möjligheter att skala upp en kvantdator, säger Igor Lesanovsky från Universität Tübingen.

Kvantdatorer betraktas som en av 2000-talets viktigaste teknologier. Medan vanliga datorer följer den klassiska fysikens lagar, fungerar kvantdatorer enligt kvantmekanikens. Förmågan att utbyta information utan tidsfördröjning hos sammanflätade kvanta gör kvantdatorer mycket snabba och kraftfulla. I framtiden kan kvantdatorer komma att användas överallt för att göra komplexa beräkningar, till exempel vid utformningen av nya mediciner eller inom artificiell intelligens.

Vetenskaplig artikel:

Sub-microsecond entangling gate between trapped ions via Rydberg interaction. Nature 15 april 2020.

Kontakt:

Markus Hennrich, Fysikum, Stockholms universitet, markus.hennrich@fysik.su.se

Inlägget Stora atomjoner kan ge snabbare kvantdatorer dök först upp på forskning.se.

Läs mer

Ett coronavirus som orsakar luftvägsproblem hos hundar har för första gången påvisats bland svenska hundar. Viruset, som är ett av flera smittämnen som kan orsaka så kallad kennelhosta, kom troligen till Sverige kring 2010, visar ny forskning. Möjligheten att ta fram ett vaccin mot viruset bedöms stor.

Just nu sprids ett nytt coronavirus (SARS-CoV2) som ger upphov till sjukdomen covid-19 globalt och orsakar enorma påfrestningar på samhället i allt fler länder. SARS-CoV2 är en av sju arter av coronavirus som orsakar sjukdom hos människor, men det finns många fler arter av coronavirus hos djur, såsom hundar, katter, hästar och nötkreatur.

Hundar kan drabbas av två olika coronavirus, ett som orsakar luftvägsproblem och ett som orsakar diarré. Ett forskarlag från Sveriges lantbruksuniversitet (SLU), Uppsala universitet och Statens veterinärmedicinska anstalt (SVA) har i dagarna publicerat den första studie som visar att viruset som orsakar luftvägsproblem förekommer hos hundar i Sverige. Det finns inget rapporterat om att människor skulle kunna få detta virus, och förekomsten i Sverige ska inte ses som en folkhälsorisk.

Kan orsaka kennelhosta

Hundens respiratoriska coronavirus är ett av flera virus och bakterier som kan orsaka kennelhosta. Kennelhosta drabbar främst hundar som träffas i större grupper, till exempel på hundtävlingar och hunddagis. Hundar som får kennelhosta får oftast lindriga symptom, vanligtvis med en torr, hackande hosta, men de kan i vissa fall ta sig uttryck som svårare symptom som lunginflammation.

För att ta reda på hur vanligt detta virus är har forskarna undersökt prover från 88 hundar i Sverige, från Malmö i söder till Härnösand i norr, som drabbades av kennelhosta under åren 2013–2015. Totalt sett var 13 av dessa hundar positiva för hundens respiratoriska coronavirus.

De virus som hittades visade sig vara genetiskt mycket lika, trots att proverna togs under tre år och i olika delar av landet. Den genetiska analysen tyder på att hundens respiratoriska coronavirus kom till Sverige omkring 2010. Hur det har kommit hit kan forskarna i dagsläget inte svara på men de kan se att det verkar som att det bara har kommit hit en gång, och att det virus som kom då sedan har spritt sig över landet.

Rekombination med nötkreatur-virus

Det svenska respiratoriska hundcoronaviruset är närmast besläktat med coronavirus från en hund som testades i Italien 2005. Det verkar som att de coronavirus som cirkulerar hos hund i Europa ursprungligen har kommit från Asien, även om det saknas data för att kunna säga detta säkert.

Coronavirus har förmågan att rekombinera, det vill säga att byta delar av sin arvsmassa med varandra, och på så sätt skapa nya coronavirus som kan infektera nya värddjur. Denna mekanism var troligen viktig för uppkomsten av SARS-CoV2 och kan även ha spelat en avgörande roll i uppkomsten av hundens respiratoriska coronavirus.

Hundens respiratoriska coronavirus är närmast besläktat med det bovina coronaviruset, ett virus som orsakar sjukdom hos nötkreatur (diarré hos kalv, luftvägssymtom hos ungdjur och vinterdysenteri hos vuxna kor). Genetiska analyser av hundens respiratoriska coronavirus från databasen GenBank visar att vissa gener är mycket lika sådana som finns hos bovina coronavirus, vilket indikerar att hundens virus kan ha uppstått genom en historisk rekombination med nötkreatur-viruset.

– Den slutsats vi kan dra i vår studie är att det respiratoriska coronavirus som nu cirkulerar hos hundar i Sverige inte har uppstått genom en överföring från nötkreatur i Sverige, säger Maja Malmberg från SLU, som har lett arbetet.

Undersökt taggarna på viruset

Det finns ännu inget vaccin för hundens respiratoriska coronavirus. För att kunna utveckla vaccin mot hundens respiratoriska coronavirus är det viktigt att känna till hur viruset ser ut och hur mycket det har förändrats över tid, vilket har undersökts i detalj i denna studie. Framför allt har forskarna tittat närmare på proteinet i de utvändiga ”taggar” som viruset använder sig av för att ta sig in i cellerna.

Eftersom taggproteinet sitter på virusets utsida är det ”synligt” för immunförsvaret och vaccin utvecklas oftast mot sådana synliga delar av virus. I studien kunde forskarna se att viruset i den svenska hundpopulationen inte har förändrats mycket alls över tid och att det finns mycket lite variation i taggproteinet. Detta ökar möjligheterna att ta fram ett effektivt vaccin.

– I dagsläget finns det vaccin mot kennelhosta men dessa ger bara skydd mot två av de smittämnen som kan orsaka kennelhosta, hundens parainfluensavirus och bakterien Bordetella bronchiseptica. I framtiden kommer det förhoppningsvis att finnas vaccin som även kan skydda mot hundens respiratoriska coronavirus, säger