Tech-gigants største kvantesatsning findes i en dansk forstad: Kom med indenfor

Kun et stenkast fra Lyngby Storcenter, i hjertet af den københavnske forstad, gemmer Microsofts hovedkvarter sig.

Med store glasfelter og lyse metalrammer er det en af den slags facader, man let kunne forveksle med endnu et kontorkompleks.

Men lige her har én af big tech-savannens store dyr netop slået dørene op for en milliardsatsning, der måske kan ændre vores verden for altid: En udvidelse af deres kvantelaboratorie, som er virksomhedens største i verden.

Indenfor arbejder forskere på at bygge en maskine, der kan udnytte naturens mindste byggesten til at løse problemer, ingen almindelig computer kan klare: Kvantecomputeren.

Videnskab.dk har fået lov til at tage et kig indenfor.

De første forberedelser til kvantechips

Brrr... Brrr... Brrr...

En konstant brummen fylder rummet, da Videnskab.dk træder ned i kælderen under den tilstødende bygning. Der hænger en svag lugt af metal og kølervæske i luften.

Her under jorden ligger Microsofts såkaldte materialelaboratorium.

Lauri Sainiemi, vicepræsident hos Microsoft og leder af Lyngby Quantum Lab og finsk forsker med lyst hår og blå øjne, fører an.

»Herinde skaber vi kvantematerialer ét lag af atomer ad gangen,« siger han, mens han bevæger sig hjemmevant mellem maskiner og laboratorieudstyr.

Det er stedet, hvor forskerne skaber de grundlæggende materialer, der senere bliver til kvantebits eller qubits, kvantecomputerens bittesmå byggesten.

I laboratoriet arbejder forskerne med ét formål: At fremstille små, skinnende krystaller – kaldet wafers. Det er de endnu mindre byggesten, som kvantebits består af. Med andre ord er det kvantecomputerens mest fundamentale byggeklodser.

Derfor bliver de også fremstillet med ekstrem forsigtighed, når de sendes gennem en tunnel med flere stationer, hvor det hele handler om én ting: at lægge et helt rent og perfekt lag af atomer oven på overfladen af waferen.

»Vi varmer waferen op til mellem 100 og 150 grader, så alt skidt og alle organiske rester brændes af,« forklarer Lauri Sainiemi foran nogle store, sølvblanke stålkamre, som mest af alt ligner udstyr fra et Star Wars-rumskib.

Derefter glider waferen ind i et ekstremt vakuum, næsten som i det ydre rum, hvor ingenting kan forstyrre processen. Her holder avancerede computere og AI øje med, at hvert eneste lag bliver lagt præcist, atom for atom.

Til sidst får waferen et beskyttende lag, så den kan tåle at komme ud i almindelig luft igen. Først derefter sendes den videre til næste laboratorium, hvor den bliver til en del af en kvantecomputer.

Kampen om kvantecomputeren

Microsofts mission er klar og tydelig, og de putter heller ikke med den: Techfirmaet vil lave verdens bedste kvantecomputer.

En ambition, som de deler med tech-giganter som Google og IBM, med EU, NATO, Kina, Rusland, Japan og USA, med alverdens topuniversiteter og en hær af videnskabsfolk.

»Kvantecomputeren vil kunne lave afgørende forandringer i samfundet,« som Nathan Baker, der arbejder for Microsoft og bærer titlen ‘Partner Architect for Quantum Applications’, siger det under Videnskab.dk’s besøg.

Alt tyder på, at den kan løse opgaver, som almindelige computere eller supercomputere aldrig kommer i nærheden af. Lige fra udviklingen af nye lægemidler til at optimere kæmpemæssige transportnetværk.

Derfor taler folk i kvantekredse om, at et såkaldt kvante-kapløb er sat ind. For at vinde kapløbet handler det først og fremmest om at have de bedste kvantebits: de små byggeklodser, der gemmer information i en kvantecomputer.

»Hvor en almindelig bit kun kan være 0 eller 1, kan en kvantebit være begge dele på én gang,« forklarer Peter Lodahl, professor i kvantefysik ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, til Videnskab.dk over telefonen et par dage inden besøget hos Microsoft.

Det er lidt som en mønt, der snurrer i luften. Det gør det muligt for kvantecomputeren at prøve mange løsninger samtidigt og dermed regne ekstremt hurtigt.

Men der er en hage ved det: kvantebits er utroligt skrøbelige. Selv varme, vibrationer eller et enkelt atom, der bevæger sig forkert, kan få dem til at miste deres kvantetilstand, og så kan computeren ikke regne videre, forklarer Peter Lodahl, som har stiftet Sparrow Quantum.

Kvantebits kan designes på flere måder. Hver teknologi har sine styrker og svagheder. Ingen har endnu knækket koden til den perfekte kvantebit. Og det er deri, at kapløbet består.

Hos Microsoft i Lyngby, specialiserer de sig for eksempel i topologiske kvantebits, som gemmer information i et særligt materiale.

Men Google og IBM bruger såkaldte superledende kvantebits, som bygges af små elektriske kredsløb. Mens andre virksomheder arbejder med fangede ioner – enkelte atomer holdt fast i magnetfelter.

Ren luft og ekstrem præcision

»Et enkelt støvkorn, og hele waferen er ødelagt,« siger Lauri Sainiemi, mens vi står i garderoben på vej ind i Microsofts ‘clean room’.

Selvom luften renses seks gange i minuttet, trækker vi i hvide dragter, masker og handsker, så kun øjnene er synlige.

Hver dag gøres der hovedrent i lokalet. Alle overflader, vægge og gulve skures og skrubbes:

»Der er intet magisk her. Det er ligesom i dit hjem: du holder det rent ved at rengøre det,« fortæller Lauri Sainiemi med et smil.

Her i laboratoriet bliver waferne renset, bearbejdet og gjort klar til at blive til kvantebits. Maskinerne står på specialdesignede ben, der løfter dem fra gulvet og beskytter mod selv de mindste vibrationer.

»En lille rystelse, et magnetisk felt eller selv Jordens eget magnetfelt kan ødelægge mønstrene.«

Waferne – de små skinnende skiver krystaller med det lækre navn – får først et lag materiale påført, og derefter ‘skrives’ mønstre på med en elektronlitograf, der med en fin stråle af elektroner kan lave linjer og kanaler, som er tusind gange tyndere end et hårstrå.

Det er netop disse mønstre, der senere styrer, hvordan kvantebits opfører sig i computeren. Hver linje, hver kanal og hver forbindelse på waferen bestemmer, hvordan strøm og kvantetilstande kan kontrolleres.

Andre maskiner bruger plasma til at ætse mønstre fri eller lægge tynde metaller ovenpå.

Det hele overvåges minutiøst:

»Vi bruger AI til at analysere data fra hele processen og sikre, at kun de bedste wafere går videre til næste skridt i kvantecomputeren,« forklarer Lauri Sainiemi.

Kvantekapløbet: hvem kommer først?

Den konstante jagt på perfektion i Microsofts kvantelaboratorie er ikke kun et spørgsmål om teknik og videnskab. Det er et spørgsmål om teknologisk overherredømme.

Og i kampen om at nå dertil er Danmark begyndt at spille en afgørende rolle.

I 2023 åbnede NATO’s kvantecenter på Niels Bohr Institutet i midten af København. Centret har til formål at støtte virksomheders udvikling af nye kvanteteknologiske løsninger til både kommerciel og militær brug.

Målet er at gøre Danmark til et »Silicon Valley for kvanteteknologi«, som daværende institutleder fortalte det til Videnskab.dk, da centret slog dørene op.

I Danmark har vi søsat vores egen nationale kvantestrategi. Og regeringen har afsat 200 millioner kroner i perioden 2024-2027 til at udnytte virksomheders potentiale i kvanteteknologien.

Novo Nordisk Fonden, Danmarks Eksport- og Investeringsfond samt Microsoft er gået sammen om at starte en ny nordisk kvantesatsning: QuNorth.

Projektet skal styrke forskning og innovation i hele regionen og planlægger at indkøbe og drive verdens hidtil kraftigste kommercielle kvantecomputer.

På Syddansk Universitet har de netop åbnet et nyt europæisk forskningscenter kaldet Quantum Excellence Center.

Og det er kun et udsnit af, hvad der sker på området herhjemme.

Testbane for kvantebits

Det ligner noget fra en spionfilm: En lille sort kuffert bæres fra det ene lokale til det næste. Den er beskyttet mod statisk elektricitet, for det er i den, de kostbare kvantebits transporteres fra det såkaldte 'clean room' til dagens sidste stop: Cryo-laboratoriet.

»Her arbejder vi med temperaturer, der er mindre end én grad over det absolutte nulpunkt – hvilket er koldere end det ydre rum,« forklarer Lauri Sainiemi.

For at holde kvantebitsne stabile bliver de frosset ned til minus 270 grader i en cryostat. Det ligner et køleskab fra fremtiden, med masser af kobber og gyldne ledninger, der går hele vejen ned til chippen i bunden.

Langs væggene står skabe fyldt med skærme, kabler og instrumenter, der sender og måler signaler fra chippen.

Chryo-laboratoriet er som en testbane for kvantebits. Her testes kvantebitsne under ekstreme temperaturer for at sikre, at de kan holde sig stabile.

Først når testen er bestået, kan de samles i en chip og blive til en del af en kvanteprocessor – et stykke hardware med mange bits, der kan arbejde sammen og udføre rigtige kvanteberegninger.

Overdreven begejstring og hype

Når man læser om kvantecomputere i disse år, kan det lyde, som om revolutionen er lige om hjørnet, og den forventning går igen på Microsofts laboratorier.

Ifølge vicepræsident hos Microsoft, Lauri Sainiemi, står vi ved et teknologisk vendepunkt:

»Vi er så tæt på at se videnskabelige fremskridt og på at kunne bruge denne teknologi til at løse virkelige problemer,« forudser han.

Men ikke alle ser med samme begejstring på feltet. Flere forskere har ligefrem advaret imod, at den enorme interesse for kvantecomputeren er genstand for en ‘kvantehype’ - et gab mellem forventningerne og det, forskningen faktisk kan levere lige nu.

Sådan lød det fra en profileret Oxford-fysiker i Financial Times, hvor han advarede mod, at forskningen i kvantecomputere befinder sig i en økonomisk boble, hvor investorer har kastet for mange penge i projektet.

Flere andre forskere har luftet samme bekymring.

»Tro ikke på hypen - kvanteteknologi kan endnu ikke løse reelle problemer,« skrev en af de få kvinder i kvantevidenskaben, forskeren Joan Arrow, der har stiftet ‘the Quantum Ethics Project’, i en artikel i Nature i år.

Ifølge en rapport fra det hollandske Ratheneu Institute kan den overdrevne begejstring have bagsider: hypen kan gøre det svært at se de reelle udfordringer og risikerer at trække både penge og opmærksomhed væk fra andre lovende forskningsområder.

Men måske er hype ikke kun en dårlig ting. Som Ulrich Busk Hoff skriver i en artikel på Videnskab.dk:

»Der opstår altid en vis grad af hype omkring nye teknologier, og det er nok også nødvendigt for at mobilisere den entusiasme og økonomiske støtte det kræver at nå i mål med dem.«