Der er mange ting ved kvantecomputere, der er svære at begribe – hastigheden, for eksempel. Det er forventningen, at de, når de kommer til at virke, vil kunne foretage nogle typer beregninger flere hundrede millioner gange hurtigere end en almindelig computer.

For at sætte det i relief: Hvis man står med et MEGET stort regnestykke, der er så kompliceret, at det med de nuværende computere vil tage 2000 år at nå frem til resultatet, så vil en kvantecomputer, der er 100 millioner gange hurtigere, blive færdig på ti minutter. 

En anden omstændighed, der er vanskelig at fatte, er måden, kvantecomputere fungerer på. En klassisk computer fungerer ved hjælp af transistorer, der kan have to forskellige tilstande, O eller 1. Ud fra det to-tals system kan man så foretage alle beregninger.

Kvantecomputere arbejder i stedet med qubits, der kan have flere værdier på samme tid. Qubits kan være filtret sammen med andre qubits, sådan at en forandring i værdien af én qubit øjeblikkeligt overføres til en anden qubit. 

Men bare rolig, du behøver ikke at forstå det i detaljer – det vigtige er, at de fænomener tilsammen betyder, at en kvantecomputer ekstremt hurtigt kan finde det rette resultat på et spørgsmål, der har et enormt antal mulige løsninger. 

Det er de færreste af os, der til dagligt arbejder med spørgsmål, der kan tage tusinder af år at beregne, men den type problemer findes faktisk, og hvis man kunne få svarene lidt raskt, ville det være ekstremt nyttigt. 

Nye materialer som superledere, nye medikamenter og mere effektive kemiske processer er blandt kandidaterne. Det samme gælder hurtige udregninger af kompleks logistik i globale forsyningskæder eller beregninger af vejrmodeller.

Kvantekryptering gør gammeldags kryptering usikker

Kvanteteknologi kan også bruges til en ekstremt sikker form for kryptering og til ultrafølsomme sensorer og måleinstrumenter – og det var nok især på grund af de anvendelser, at Natos generalsekretær, Jens Stoltenberg, i sidste uge var i København for at klippe sløjfen ved indvielsen af et nyt center, der skal støtte startups inden for kvanteteknologi. 

Kryptering fungerer typisk ved, at man omregner informationer ved hjælp af en algoritme, så indholdet er ulæseligt, medmindre man kender algoritmen, så man kan regne baglæns og dermed dekryptere dataene.

Algoritmen skal naturligvis være så kompliceret, at det tager meget lang tid for en computer at prøve alle muligheder af, inden man finder den kode eller det password, der låser op. 

Kryptering er afgørende i krige

Problemet er, at det er præcis den type beregninger, kvantecomputere vil være uovertrufne til. Den uafklarede kvantetilstand af computerens qubits betyder, at den i samme nu kan vurdere et meget stort antal muligheder og afgøre, hvilket svar der er det optimale. 

Det har alle dage været afgørende i krigsførelse, at man kunne holde sine planer hemmelige og sikre, at fjenden ikke kunne forstyrre ens kommunikation. Det gælder naturligvis stadig i høj grad, eksempelvis i Ukrainekrigen, hvor kryptering er afgørende for styringen af droner og hemmeligholdelse af planer om angreb.

Under Anden Verdenskrig var det et vendepunkt, da det lykkedes englænderne at skaffe et eksemplar af den – med dagens øjne relativt primitive – Enigma-computer, som tyskerne brugte til at kryptere kommunikationen med deres ubåde og bombefly. Pludselig kunne de allierede læse ordrerne og tage deres forholdsregler. 

At have en kvantecomputer kan få en tilsvarende betydning, måske endda større. For det handler ikke kun om militær information. En meget stor del af al kommunikation og alle data, der lagres digitalt, er skjult bag kryptering og passwords, der med dagens teknologi i praksis kan være umulige at bryde. 

Men ikke for en kvantecomputer. Så hvis man skal holde noget utilgængeligt, bliver man fremover nødt til at bruge en anden type kryptering, der er sikker selv over for kvantecomputeres regnekraft. 

Selvom der – formentlig – ikke findes kvantecomputere, der kan dekryptere information i dag, så er der allerede pres på for at begynde at kvantekryptere nu. Man kan forestille sig, at eksempelvis en efterretningstjeneste begynder at bryde ind og downloade krypteret information, som man ikke er i stand til at læse i dag, men som man forventer at kunne dekryptere om nogle år, når kvantecomputerne er klar. 

Ultrafølsomme sensorer

Kryptering og sikker kommunikation er en af grundene til, at Nato har brug for teknologien.

Teknikken bag kvantecomputere kan imidlertid også bruges til at bygge ekstremt følsomme måleinstrumenter, der eksempelvis på lang afstand kan opfange signaler fra ubåde, fly eller droner. 

Det er ikke nemt at få en kvantecomputer til at fungere. Der findes en stribe meget forskellige strategier, som alle har det tilfælles, at de skal anbringe en partikel i superposition; den særlige tilstand, hvor det er uklart, hvilken værdi den udtrykker.  

Det kræver eksotiske teknikker som at fryse materialer ned til lige over det absolutte nulpunkt eller at fastholde enkelte atomer med laserstråler. Den mindste forstyrrelse får qubit’en til at falde ud af superposition, og så stopper beregningen. 

Det er svært nok med en enkelt qubit, men det er tanken, at fremtidens kvantecomputer skal sammenkoble tusinder, hvis ikke millioner af qubits. 

En meget stor del af forskningen går derfor ud på at undgå den type forstyrrelser for at holde gang i beregningerne så længe som muligt. Og at kompensere for den støj i resultatet, der opstår, når nogle af computerens qubits falder ud. Man siger netop, at målet er en fejlkorrigeret storskala-computer. 

Qubits’ følsomhed kan imidlertid også udnyttes til at bygge sensorer, der er lige så ubegribeligt følsomme som hastigheden af kvantecomputeres beregninger. 

Sensorerne kan måle ændringer i magnetfelter, og de kan bruges til at detektere bevægelser af metal på lang afstand. Kvantesensorer kan være mere følsomme end en radar, og de har den fordel, at modparten ikke kan registrere, at de bliver set.

De muligheder, kvanteteknologien rummer, økonomisk og militært, kan vi ikke lade være med at udvikle på, for det vil være disruptivt og skelsættende i fremtidens scenarier på slagmarken.

Jan W. Thomsen
Institutleder, Niels Bohr instituttet

Der er en lang række andre mulige militære anvendelser. Potentielt vil kvantesensorer kunne mærke saltvand (som mennesker for størstedelen består af) og dermed, om der skulle gemme sig personer i skjul. Sensorerne kan mærke hulrum i jorden, og de kan mærke ændringer i jordens magnetfelt så præcist, at man kan basere navigationssystemer på det, hvilket for eksempel kan være nyttigt i ubåde, hvor der ikke er adgang til GPS-signaler.

Jan W. Thomsen, der er leder af Niels Bohr Instituttet, konkluderer: 

”Det er en ekstremt potent teknologi, der både har vigtige civile og militære anvendelser. De muligheder, kvanteteknologien rummer, økonomisk og militært, kan vi ikke lade være med at udvikle på, for det vil være disruptivt og skelsættende i fremtidens scenarier på slagmarken.” 

København som mekka for kvanteforskning.

Det er svært at forstå kvantecomputere, men det er ikke svært at forstå, hvorfor Nato investerer i at udvikle teknologien i København. 

Niels Bohr, der fik Nobelprisen i fysik i 1922, formulerede flere af de grundlæggende principper i kvantemekanikken, og traditionen for teoretisk fysik er fortsat siden i Danmark, ikke mindst på Niels Bohr Instituttet. 

I de senere år har aktiviteterne inden for kvantecomputing taget fart, i takt med at det er blevet tydeligt, at det faktisk kan lade sig gøre at bygge fungerende computere. Udover forskningen på både KU, DTU, SDU og AU er der et hastigt voksende miljø af startups, der fremstiller komponenter til kvantecomputere. 

Går man til konferencer om kvantecomputing, er det slående, hvor mange præsentationer der slutter med et ”We’re hiring”-skilt. 

Sidste år satte Novo Nordisk Fonden yderligere skub i udviklingen med en bevilling på halvanden milliard kroner over de næste syv år til et nyt forskningscenter, der skal udvikle computere, der blandt andet kan bruges til beregninger inden for kemi og life sciences. 

Natos engagement i København er en del af Natos overordnede program til støtte for fremtidige avancerede strategiske teknologier. Det består dels af forskning og udviklingsprojekter på AU, KU, DTU og Dansk Nationalt Metrologiinstitut, dels af en accelerator kaldet Deep Tech Lab - Quantum, der skal støtte og modne startups med både teknisk bistand og hjælp til forretningsudvikling.

Acceleratoren skal drives af BII, der allerede igennem en årrække har støttet startups inden for bioteknologi. 

I næste uge fremlægger regeringen den nyeste strategi for støtte af kvanteområdet, og et væsentligt element bliver etableringen af et ‘Quantum House’, en forskerpark med laboratoriefaciliteter, der skal samle startups, teknisk bistand og venturekapital. 

Der er med andre ord vældig vækst i kvantemiljøet i Danmark, og det trækker interesse fra udlandet. Et par af de danske startups er blevet opkøbt af udenlandske virksomheder, og Jan W. Thomsen fortæller, at han i øjeblikket kender til 14 udenlandske kvantestartups, der arbejder på at etablere sig i Danmark i de kommende måneder. 

”Vi vil gerne gøre Danmark til et mekka for kvantestartups og studerende, der kommer hertil og gør vores økosystem større, og det er de utroligt interesserede i. Vi har en stærk faglig basis her. Per capita er vi – by far– det land, der uddanner flest inden for kvanteteknologi. Vi har talenterne,” siger Jan W. Thomsen.