Kvantfysikens principer har varit kända sedan 1920-talet. På 1990-talet blev det möjligt att gå från teori till praxis och utföra experiment. Nu, nästan 100 år senare, är det dags att satsa på tillämpningen: kvantdatorn.
Publicerad:
– De senaste tjugo åren har det hänt mycket och idag förstår vi kvantsystem väldigt mycket bättre, säger Per Delsing, professor i kvantkomponentfysik vid Chalmers tekniska högskola.
Han och hans kollegor vid Chalmers har länge arbetat på utvecklingen av de så kallade kvantbitarna som är byggstenarna för kvantdatorerna.
– Vi har jobbat mycket under de senaste åren på att förstå fysiken hos enstaka kvantbitar, nästa steg blir att koppla ihop flera kvantbitar. En av utmaningarna är att hålla varje kvantbit så isolerad som möjligt för att behålla de kvantfysiska egenskaper samtidigt som man vill ha full kontroll.
Från 5 till 50
En kvantbit kallas också för qubit, och sedan något år finns en 5-qubits kvantdator tillgänglig på nätet. Nyligen lanserade företaget IBM ”q-network”, ett nätverk mellan akademin och industrin för att testa en 20-qubits dator. Det främsta syftet är att lära sig programmera och att demonstrera att konceptet fungerar. En 50-qubits dator kan börja konkurrera med dagens superdatorer.
– Det som har hänt är att det har blivit möjligt att behålla de kvantfysikaliska egenskaper i 100 mikrosekunder istället för nanosekunder. Det är en stor ökning och i elektronikens värld hinner man göra mycket under den tiden, förklarar Per Delsing.
Löser stora problem
En tänkbar tillämpning av en kvantdator är inom läkemedelsindustrin. Genom simulering av molekyler kan man till exempel skräddarsy nya läkemedel. Andra tillämpningsområden kan vara beräkningar av logistiska problem eller analys av börsen.
– Generellt är en kvantdator användbar för lösning av problem där det finns många olika variabler. Datorn kan räkna ut lösningar till optimeringsproblem. Samtidigt så vet vi inte allt som man kan använda teknologin till, vi kommer säkert att upptäcka många tillämpningar som vi inte har tänkt på ännu, påpekar Per Delsing.
Hans kollega Gunnar Björk, professor i fotonik vid KTH, poängterar också att en kvantdator inte är universell och kommer troligen vara anpassad för att lösa ett specifikt typ av problem.
– Det blir en dyr och exklusiv sak eftersom kvantbitarna måste kylas ner till nära absoluta nollpunkten. Men det kanske går att använda kvantdatorer ungefär som molntjänster, att man kan få tillgång ifrån sin vanliga dator om man behöver den typen av tjänst, spekulerar Gunnar Björk.
Säker kommunikation
Gunnar Björk forskar inom kvantkommunikation som kan användas för kryptering av information och därmed öka den digitala säkerheten.
– En nation, ett stort företag eller militären är oftast inte nöjda med den krypteringen som finns idag. Där kan kvantkrypteringen spela en viktig roll, säger han.
Med en kvantdator kan man även komma att knäcka dagens kryptering. Har man hemligheter som måste bevaras under lång tid bör man tänka på detta redan idag och till exempel utöka krypteringsnyckeln.
– De senaste åren har vi sett många exempel på att avlyssningen ständigt ökar. Det är bland annat därför att satsningen på kvantkommunikation är viktigt. Europa ligger redan i täten på det området och nu gäller det att inte tappa ledningen, påpekar han.
En ny era
Både Gunnar Björk och Per Delsing tycker att det svårt att sia om framtiden. Utvecklingen har gått snabbare än de trodde för några år sedan, och det är fascinerande att den till synes abstrakta kvantfysiken kan användas till någonting konkret.
– Kvantfysiken går mot vår intuition men det är den som är korrekt och beskriver naturen. Den nya satsningen Wallenberg stiftelsen är imponerande och kommer att leda till en ny kvantteknologisk era, poängterar Per Delsing.
Kvantdatorn bygger på fenomen inom kvantfysiken
Superposition: 0 och 1 kan bli 0 och 1 samtidigt i en kvantbit – datorn blir snabbare. Två kvantbitar kan anta fyra värden samtidigt och varje ytterligare kvantbit fördubblar antalet möjliga tillstånd. 50-60 kvantbitar skulle därmed överträffa beräkningskraften hos dagens superdatorer.
Dekoherens: innebär störningar av superpositionstillståndet. Störningar får tillståndet att kollapsa, då försvinner de kvantfysikaliska egenskaperna. Ju större systemet är desto svårare blir problemen med dekoherens. Därför är en av utmaningarna att koppla ihop flera kvantbitar.
Sammanflätning: superposition som sträcker sig mellan två eller flera partiklar. Sammanflätningen kvarstår även när partiklarna separeras på mycket stora avstånd. Viktigt för kvantkommunikation.
Text: Natalie von der Lehr
