Forskere lægger store planer for lillebitte elektronik

Kvantecomputere, overvågningsapparater i kroppen og transport af atomer fra et sted til et andet. Det var nogle af de vilde projekter, der kom på bordet i Aalborg, da 32 internationale matematik og fysik-eksperter i sidste uge drøftede elektriske signalers opførsel på molekyle-nivaeu. »Vores ultimative mål er en bedre teoretisk forståelse af de faktorer, som har betydning for transporten af kvantesignaler, og som vi kan måle i eksperimenter. Hvis vi får bedre styr på teorien, kan andre udnytte den viden i praksis til nye anvendelser inden for kommunikation og elektronik,« siger lektor og medarrangør Horia Cornean fra Institut for Matematiske Fag på Aalborg Universitet (AAU).

Det overordnede problem, som forskerne tumler med, er at ting opfører sig helt anderledes, når vi bevæger os ned i nanostørrelse og kvanteniveau. Horia Cornean peger over på det nærmeste stykke bar hvid væg, mens han udpensler udfordringens karakter:

»Ting opfører sig ikke på samme måde på kvanteniveau. De består af mange små stykker, og når vi går ned i skalaen, begynder vi at se, hvordan de hænger sammen. Præcis som malingen på væggen. Du ser ikke, at der er struktur i den. Men når du går tæt nok på, opdager du, at det ikke bare er en glat overflade. Det er sammensat af en masse dele, hvor de mikroskopiske egenskaber er vidt forskellige fra alt det, som sker på vores skala,« forklarer Horia Cornean.

Gamle teorier får ny relevans

For matematikerne ligger der en særlig tilfredsstillelse i, at de i jagten på ny indsigt kan bruge teorier, som hidtil har været betragtet som en anelse virkelighedsfjerne.

»Noget af det, vi gør nu, er at adoptere den matematik, vi har i forvejen, til specifikke problemer i forbindelse med meget små ting. Der er masser af teorier, som ikke nødvendigvis har været brugbare indtil nu. Men fordi den lille skala med nanoteknologiens fremkomst er blevet eksperimentelt tilgængelig, kan vi pludselig argumentere for at forskning, som for 30 år siden blev anset for at være fuldstændig håbløs og spild af tid, nu faktisk er relevant og fornuftig,« siger Horia Cornean.

De eksperimentelle muligheder kan dog samtidig få nogle fysikere til at foretrække at arbejde på egen hånd uden matematikernes tidskrævende og ofte stædige indblanding. Men med en baggrund som udlært fysiker har Horia Cornean et ben placeret i hver lejr, og det prøver han at udnytte i rollen som brobygger.

»Matematikken kan bidrage til at give en mere klar teori og mere præcise resultater. En del fysikere har den holdning, at det er lettere at gennemføre eksperimenter, frem for at vente på at matematikerne bliver færdige med at bevise noget. Men når det fungerer bedst, giver samarbejdet mellem matematikere og fysikere en meget frugtbar vekselvirkning mellem forskellige vinkler på den samme ting,« mener Horia Cornean.

Han er selv del af en meget aktiv gruppe inden for matematisk fysik på Aalborg Universitet under ledelse af professor Arne Jensen. Gruppens medlemmer har gennem flere år opbygget tætte bånd til tilsvarende forskermiljøer i Berlin, Bukarest, Dublin og Marseille, og der er udsigt til en foreløbig kulmination på samarbejdet i 2012, når Aalborg danner ramme om kongressen i International Association of Mathematical Physics (IAMP) med et forventet deltagerantal på 400-500 forskere fra hele verden.

Kvantecomputere og kommunikation

Noget af det kvanteforskerne har beskæftiget sig indgående med i Aalborg i denne omgang er drømmen om at revolutionere databehandling med hurtige kvantecomputere, som udnytter partiklers særlige egenskaber.

Det er samtidig ét af de områder, hvor Horia Cornean godt tør love flere konkrete resultater de kommende årtier.

»Kvantetransport kan betyde mange ting. Det kan betyde at transportere atomer fra ét sted til et andet, men det kan også handle om at transportere information. Matematikken spiller en ekstrem vigtig rolle i det her, fordi vi er på et stadie, hvor vi ud fra teorien ser på, om det er muligt at bygge en kvantecomputer. Vi havde for første gang en session, hvor vi meget konkret prøvede at sammenligne dét, vi har i den fysiske verden, med mere informationsagtig kvantekommunikation. Det er der eksempelvis meget stor interesse i fra Aalborg Universitets Center for Teleinfrastruktur, som i øjeblikket beskæftiger sig med klassisk informationsteori, men som kan se lovende fremtidsmuligheder på kvanteområdet,« fortæller Horia Cornean.

Science Fiction-elektronik

Tidshorisonten er usikker, men kvantecomputerne kommer, og det samme gør udbredelsen af de mere science fiction-agtige produkter, som nanoteknologien har stillet os i udsigt. Eksempelvis bittesmå dimser, som kan bæres inde i kroppen og bruges til overvågning og kommunikation.

»Spørgsmålet er bare, om samfundet er parat til dem, og jeg vil i hvert fald ikke selv have opereret apparater ind i mig. En anden meget spektakulær ting fra kvanteområdet, som bliver mulig via optisk forskning, er skabelsen af usynlige materialer. Men der kan også være et spørgsmål om sikkerhed, hvis det falder i de forkerte hænder,« forudser Horia Cornean.

Foreløbig bekymrer han sig dog mest om de teoretiske forhindringer for teknologiens fremskridt, og han er sikker på, at matematikken bliver afgørende i forsøget på at finde de bedste løsninger:

»Mobiltelefonien eksisterer for eksempel også på grund af matematikken, som har skabt de nødvendige algoritmer, så signaler kan pakkes og sendes. Så matematik er ikke kun noget, man er nødt til at gennemgå i skolen. Det kan også være en del af spændende konkrete projekter,« understreger forskeren fra Aalborg Universitet.

Lavet i samarbejde med Aalborg Universitet

Fremtidens elektronik bliver måske så småt, at vi slet ikke kan se det med det blotte øje. (Foto: Colourbox)

Horia Cornean forsker i matematik og fysik ved Aalborg Universitet. (Foto: Carsten Nielsen)

1 / 2