Kvanteteknologi er nok det mest spændende, man kan forestille sig inden for forskning i disse dage.
Det er et område i vækst, der investeres kraftigt i for tiden, både i den private og i den offentlige sektor.
Selv om man har arbejdet med at fremstille en kvantecomputer i mere end 25 år, er det først nu, der for alvor begynder at ske noget, som kan gøre kvantecomputerne til et aktivt arbejdsredskab.
Forskere er kommet langt, men der er stadig meget langt igen, før kvantecomputeren bliver en del af vores hverdag.
De bedste demonstrationer af kvantecomputerteknologi er netop demonstrationer, der viser at teknologien er mulig, men de er ikke for alvor praktisk anvendelige.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet, Syddansk Universitet & Region H.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Kvantecomputer eller traditionel computer?
Forskellen mellem en almindelig computer og en kvantecomputer er populært sagt, at kvantecomputerens processer er bygget op af kvantebits (også kaldet qubits).
Det tillader – i modsætning til den traditionelle computer – at hver bit kan have værdien 0 og 1 på samme tid også kaldet superpositioner imellem de to tal.
Det betyder, at man kan løse meget store mange-dimensionale regnestykker på meget kort tid.
Hvis man for eksempel tager et simpelt regnestykke:
239 x 123 = 29.397
Det kan nemt udregnes med en lommeregner, men hvis man kun kender sluttallet (29.397) og vil finde de to små tal (239 og 123), er det et mere kompliceret regnestykke, som en kvantecomputer med fordel kan løse.
Google skrev i Nature i 2019, at man havde demonstreret kvanteoverlegenhed ved at lave en beregning, som på en hurtig traditionel computer ville tage cirka 10.000 år.
Den beregning fandt Googles kvantecomputer løsningen til på 3,5 minutter. IBM’s kvantecomputer-team har siden udtrykt skepsis overfor resultatet, men det giver en forestilling om potentialet i en kvantecomputer.
En anden egenskab ved kvantebits er fænomenet sammenfiltring (entanglement på engelsk).
Her kan flere kvantebits gøres afhængige af hinanden, og de kan dermed indeholde flere data, end de enkelte bits hver for sig. Deres kapacitet vokser eksponentielt.
Det mest mærkelige ved sammenfiltring er, at sammenfiltrede kvantebits kan overføre deres information simultant over uendeligt store afstande uden tidsforskydning.
Det betyder, at man kan sende et signal fra en kvantebit til en anden kvantebit, uanset om afstanden mellem dem er en meter, eller der ligger en galakse på 100.000 lysår mellem dem.
Det piller kort sagt ved vores forestilling om, at intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Prøv en kvantecomputer derhjemme
I virkelighedens verden er det i højere grad problemstillinger, som for eksempel hvordan kemiske molekyler i en opløsning vil opføre sig.
IBM har udviklet en hjemmeside til kvantecomputer-demonstration (Qiskit), hvor man kan indtaste kemiske molekylære data, og så vil modellen kunne lave beregninger af, hvordan molekylerne reagerer med hinanden.
På en nyligt afholdt DTU-workshop blev IBM’s Qiskit brugt til at illustrere, hvordan man analyserer molekylers interaktion i en opløsning.
Via hjemmesiden er det muligt at indtaste sine egne problemstillinger og køre dem som en simulation af et kvanteprogram eller gå skridtet videre og løse det på en rigtig kvantecomputer.
Gennemgangen af Qiskit afslører dog et andet problem, nemlig at der ikke findes generelle kvantecomputere, som kan løse alle typer problemer.
Kvantecomputeren kræver en egnet problemstilling, et særligt program og en algoritme, som er specielt udviklet til at løse problemstillingen.
I virkeligheden bør kvantecomputeren i sig selv være designet til en bestemt type beregninger, så man har tilstrækkeligt med qubit, men heller ikke spilder for meget qubit-regnekraft.
\ Kvantevirksomheder vrimler frem
I dagene fra 1.-3. april 2022 afholdt DTU Institut for Kemiteknik, Knowledge Hub Zealand og den internationale organisation AIChE en workshop om kvanteteknologi med mere end 100 deltagere fra hele verden, støttet af Novo Nordisk Foundation.
På DTU-workshoppen om kvanteteknologi deltog en pæn håndfuld virksomheder, som arbejdede med kvanteteknologi.
Nogle virksomheder arbejder med rådgivning og programmering, som for eksempel zapatacomputing.com fra UK eller QuanaSys fra Japan, der hjælper med at forberede programmer og problemstillinger, som kan løses af en kvantecomputer, og IBM Quantum, der er en af de store spillere på markedet med deres egen kvantecomputer-udvikling.
Der var også danske virksomheder, eksempelvis SPARROW QUANTUM, der har udviklet deres egen kvantechip og har professor Peter Lodahl som medejer.
Hvad skal vi bruge kvantecomputeren til?
Nogle vil måske stadig stille spørgsmål til, hvad vi skal med kvantecomputere, men mange virksomheder er begyndt at få øjnene op for, at der ligger nogle muligheder i kvanteteknologi, som helt kan ændre produkter, produktionsprocesser og markeder.
Nogle banker og investeringsvirksomheder er begyndt at investere i kvanteteknologi for at være først på markedet med komplicerede beregninger af finansielle data og transaktioner, der kan give kæmpe fordele og en helt ny indsigt i data.
Meteorologerne vil kunne få helt nye vejrberegningsmodeller med langt mere præcise beregninger.
Medicinalvirksomheder kan bruge kvanteteknologi til at beregne medicin i biologiske simuleringer og meget andet.
Kvanteteknologien er blevet erklæret for en ’dual-technology’, hvilket betyder, at den kan bruges til både civile og militære formål. Ifølge en pressemeddelelse fra 4. april 2022 fra Forsvarsministeriet skal Danmark bidrage til NATO’s Defence Innovation Accelerator for the North Atlantic (DIANA).
DIANA skal bidrage til at bevare NATO’s teknologiske forkant ved at fremme udviklingen af nye såkaldte disruptive teknologier i Alliancen.
NATO-centret og innovationsacceleratoren skal forankres ved Niels Bohr Institutet, støttet af andre danske universiteter (DTU, AU og Danmarks Nationale metrologiinstitut) og erhvervslivet, herunder med rådgivning og sparring fra Novo Nordisk Fonden og Bio-Innovation Institute.
