Quantum Computing Scientist

En quantum computing scientist arbejder med computere, der regner med kvantebits (qubits). Feltet deler sig i to hovedspor. De fleste stillinger ligger klart i det ene af dem.

Hardware-sporet handler om selve maskinen. Man laver forsøg med superledende kredsløb, fangede ioner, fotoner eller spinqubits. Meget af arbejdet foregår omkring et fortyndingskøleskab (dilution refrigerator) ved få millikelvin.

Algoritme- og softwaresporet handler om, hvad maskinen skal regne på. Man designer kvantealgoritmer, arbejder med kvantefejlkorrektion og simulerer det hele på almindelige computere først.

En typisk dag kan indeholde:

• Kalibrering af qubits. Man måler T1- og T2-tider og justerer mikrobølgepulser.
• Kodning i Python med Qiskit, Cirq eller QuTiP.
• Simuleringer på en HPC-klynge, fordi rigtig hardwaretid er en knap ressource.
• Analyse af støj og fejlrater fra nattens måleserie.
• Møde med elektronikingeniører om kabling, filtre og styringselektronik.
• Skrivearbejde: en artikel til arXiv eller en ansøgning til en fond.

En stor del af jobbet er fejlfinding. Kvantetilstande er skrøbelige, og signalet drukner let i støj. Samme måling gentages hundredvis af gange for at få brugbar statistik. Man skal kunne holde til, at et forsøg kører i uger uden resultat.

Rollen ligger stadig tæt på forskning. De fleste publicerer, læser andres artikler kritisk og præsenterer på konferencer som APS March Meeting og QIP. Mange arbejder i konsortier finansieret af EU's Quantum Flagship, Innovationsfonden eller Danmarks Frie Forskningsfond.

I industrien er opgaverne mere anvendelsesnære. Man undersøger, om kvantecomputere kan give en fordel inden for optimering, materialesimulering eller kvantekemi. Det ærlige svar er ofte nej endnu, og det skal man kunne skrive højt.

Et praktisk vilkår: ifølge EU's dual use-forordning er kraftige kvantecomputere og visse komponenter underlagt eksportkontrol. I Danmark administrerer Erhvervsstyrelsen tilladelserne. Det giver papirarbejde ved indkøb af udstyr, samarbejdsaftaler og udenlandske gæsteforskere.

Den almindelige vej er lang og akademisk. Regn med cirka otte år efter gymnasiet.

Trin for trin

• Gymnasium med matematik A og fysik B. Flere uddannelser kræver også kemi B eller C. Tjek det enkelte studie i Den Koordinerede Tilmelding.
• Bachelor i fysik, nanoteknologi, matematik, datalogi eller elektroteknologi. Tre år.
• Kandidat med kurser i kvanteinformation, kvanteoptik eller faststoffysik. To år.
• Ph.d. i tre år. Det er reelt adgangsbilletten til selve titlen scientist.

I Danmark er Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet det største miljø. Danmarks Tekniske Universitet, Aarhus Universitet og Syddansk Universitet har også kvantegrupper. Novo Nordisk Fondens Quantum Computing Programme finansierer en stor del af opbygningen. Uddannelses- og Forskningsministeriets nationale kvantestrategi peger samme vej.

En ph.d. i Danmark er lønnet ansættelse, ikke SU. Du skal have et godt kandidatgennemsnit og helst et speciale i en kvantegruppe. Kontakt en forsker direkte og spørg om specialeprojekt. Det er den mest brugte genvej ind.

Alternative veje ind

• Softwareudvikler: gå ind via kvantesoftware. Firmaer som Kvantify søger stærke Python- og optimeringsprofiler.
• Elektronikingeniør: arbejd med mikrobølger, styringselektronik og kryogen kabling. Her tæller erfaring mere end en ph.d.
• Kemiker: arbejd med kvantekemi og molekylesimulering. Domæneviden er efterspurgt.
• Datalog eller matematiker: gå efter fejlkorrektion, kompilere og kompleksitetsteori.
• Kryptograf: skift til post-kvantekryptografi. NIST har standardiseret de første algoritmer, og EU-Kommissionen anbefaler medlemslandene at lave en migrationsplan.

Du kan teste feltet gratis, før du binder dig. IBM Quantum Learning og Qiskit Global Summer School er åbne for alle. EU's Quantum Flagship har gennem initiativet QTEdu beskrevet, hvilke kompetencer branchen faktisk efterspørger. Brug det som tjekliste.

Engelsk er arbejdssproget. Næsten alle grupper i Danmark er internationale, og dansk er ikke et krav.

Karriereveje videre

• Akademisk: postdoc, adjunkt, lektor. Få faste stillinger og hård konkurrence.
• Industri: quantum software engineer, applications scientist, hardwareingeniør, fejlkorrektionsspecialist.
• Ud af feltet: HPC, machine learning, kvantitativ finans, patentagent, teknologirådgivning. Baggrunden er let at sælge.

Programmering og simulering

• Python er standarden. C++, Julia og MATLAB bruges også.
• Qiskit, Cirq, PennyLane og QuTiP til kvantekredsløb og simulering.
• Værktøjer som Stim til simulering af fejlkorrigerende koder.
• HPC-klynger til at simulere qubits. Danske forskere får adgang gennem DeiC, blandt andet til LUMI.

Måling og styring i laboratoriet

• Fortyndingskøleskabe, for eksempel fra Bluefors, der køler til få millikelvin.
• Mikrobølgekilder, bølgeformgeneratorer og vektornetværksanalysatorer.
• Styringssystemer som Quantum Machines OPX og udstyr fra Zurich Instruments og Keysight.
• QCoDeS og Labber til at styre og logge måleopstillinger.
• Lasere, optiske borde og vakuumkamre i ion- og fotonlaboratorier.

Design og fremstilling

• COMSOL, Ansys HFSS eller Sonnet til at simulere chip- og resonatordesign.
• KLayout til layout af kredsløb.
• Renrum med litografi og tyndfilmsaflejring, for eksempel DTU Nanolab.

Dagligdag

• Git, Jupyter, Slurm og Docker.
• LaTeX til artikler og arXiv til at følge feltet.
• Overwolf-agtige laboratoriejournaler er sjældne. De fleste bruger elektroniske labbøger eller Notion.