Kvantecomputere er et overset dansk styrkeområde

Når der sker grundlæggende teknologiske skift, åbner det for, at nye spillere kan komme ind og vinde en plads på markedet. Overgangen til elbiler har givet kinesiske fabrikanter en chance, og skiftet til smartphone gav Apple mulighed for at vippe Nokia af pinden. 

Computere er på vej mod et lignende skift. Der er umættelig appetit på beregningskraft, og de nuværende ‘binære’ computere, baseret på nuller og ettaller, kan ikke forbedres i det uendelige. Det næste ser ud til at blive kvanteteknologi, der inden for 10-15 år vil blive modnet og i mange forbindelser afløse konventionelle computere. 

Det åbner et vindue for danske selskaber. Danmark har aldrig været en stor spiller i computerbranchen, men inden for kvantecomputere er danske udviklere blandt de førende, og det spirende miljø af iværksættere tiltrækker forskere fra hele verden. 

Vi ville gerne ind i det danske økosystem, som er superfokuseret på kvanteteknologi og bioteknologisk innovation i de tidlige stadier.

Kristjan Gunnarson
Direktør, ArcanaBio

”Vi ville gerne ind i det danske økosystem, som er superfokuseret på kvanteteknologi og bioteknologisk innovation i de tidlige stadier,” siger Kristjan Gunnarson, direktør for ArcanaBio, et oprindeligt islandsk selskab, der nu er flyttet til København. 

Ikke mindst Niels Bohr Instituttet har længe været et internationalt samlingspunkt for kvanteforskere. I 2022 blev forskningen styrket af en bevilling fra Novo Nordisk Fonden på halvanden milliard kroner over syv år til at udvikle robuste, superkraftige kvantecomputere.

Og sidste år blev København hjemsted for Natos Center for Quantum Technologies, der støtter kvanteteknologi med potentiale inden for forsvar. 

Ydermere har Danmark en lang række virksomheder, der får store fordele af teknologien. Kvantemekanik ser ud til at blive et effektivt og præcist redskab i brancher, der er vigtige for Danmark – lige fra real timeoptimering og balancering af energinet, hvor sol, vind og andre energikilder konstant veksler, til logistik i globale transportnetværk eller hurtigere udvikling af ny medicin og ekstremt fintfølende sensorer til diagnostik i sundhedsvæsenet. 

Novo Nordisk Fonden er hovedsponsor 

Der er stort fokus på udviklingen af fremtidens robuste kvantecomputere og software, men allerede i dag er der et marked for udstyr, som kan anvendes af andre kvanteforskere.

Indsigten i kvantemekanikkens mærkværdige verden kan ikke kun udnyttes til beregninger, men også bruges til nye, væsentligt forbedrede løsninger inden for diagnostik, navigation eller dataoverførsel. 

I Danmark er der et voksende miljø af forskere og startups inden for alle de områder. En stor del af dem hedder noget med Q: Kvantify, Sqale, Qool, Qubitrium… 

Et andet navn, der går igen, er Novo Nordisk Fonden.

Novo Nordisk Foundations Quantum Computing Programme, der er forankret ved Niels Bohr Instituttet, har til formål at udvikle en computer, der kan løse problemer inden for biologi og kemi, som er relevante for life science.

Men for at nå dertil skal projektet løse stribevis af problemstillinger, der gælder generelt for kvantecomputere, og derfor har projektet en afsmittende effekt uden for life science. 

Novo Nordisk Fonden er også hovedkraften bag BioInnovation Institute (BII), der blev oprettet i 2018 med en bevilling på 3,5 milliarder kroner over ti år. BII drives som en selvstændig non-profit-fond, der hjælper til at omsætte forskning fra især de danske universitets- og hospitalsmiljøer til levedygtige virksomheder. Det gør BII blandt andet gennem acceleratorprogrammer for startups. 

For lidt over et år siden udvidede BII sit fokus og begyndte også at støtte virksomheder inden for kvanteteknologi. I alt hjælper BII på nuværende tidspunkt 13 kvantevirksomheder med at modne deres teknologier. 

Det handler ikke kun om computere

Man kan dele kvanteteknologiens anvendelser op i tre hovedområder: computerkraft til komplekse beregninger, ultrafølsomme sensorer og krypteret kommunikation.

Den måde, kvantecomputere fungerer på, betyder, at de er særligt godt egnet til beregninger, hvor det gælder om at finde det bedste resultat ud af et ekstremt stort antal mulige løsninger. Her kan kvantecomputere arbejde millioner - hvis ikke milliarder – gange hurtigere end konventionelle computere. 

Mulige anvendelser kan være at optimere energinettet, så forsyningen fra vindmøller, solceller, kraftværker og så videre konstant er balancerede. Eller det kan være at udvikle nye materialer, eksempelvis til at øge effektiviteten af katalysatorer, lave kosmetik eller overfladebehandlinger med bedre egenskaber eller medicin, der fungerer mere præcist. 

Håbet er at lave simulationer, så man i computeren kan afprøve, hvordan mange forskellige molekyler reagerer, så man hurtigere kan spore sig ind på de stoffer, der er lovende nok til at teste i den virkelige verden. 

Det kan man gøre på relativt små molekyler i dag, men når stofferne bliver længere, og de reaktioner, man vil undersøge, bliver mere sammensatte, stiger kompleksiteten af beregningerne eksponentielt, og så rækker konventionelle computere ikke længere. 

Brug for en ny type software 

Det japanske selskab Qunasys, der har placeret deres europæiske hovedkvarter hos BII, udvikler software til den type beregninger. 

Selvom der endnu ikke er store, robuste kvantecomputere, der kan løse komplekse opgaver bedre end en konventionel computer, er der allerede brug for at opbygge biblioteker af software, der kan afvikles på kvantecomputere, og mange virksomheder er begyndt at eksperimentere med teknologien for at opbygge kompetencer. 

I dag tilbyder flere selskaber, blandt andet de sædvanlige giganter IBM, Microsoft og Google, adgang til deres kvantecomputere i skyen, og derfor er der allerede nu et marked for software. 

Det danske Kvantify udvikler kvantesoftware og har 65 eksperter på lønningslisten, heriblandt 35 ph.d.’er og 8 professorer. 

Quanasys har 70 ansatte i Japan og 15 ansatte i Europa koordineret fra København. 

Erik Stangerup, der er direktør for den europæiske del af Quanasys’ forretning, siger, at det er en fejl at forestille sig, at kvanteteknologien først får betydning, når der en dag er en fuldt udviklet computer til rådighed, som så erstatter alle de gammeldags maskiner.

”Jeg synes, at branchen har gjort sig selv en bjørnetjeneste ved at snakke om alt det der med, at kvantecomputere kan regne med nul og ét på samme tid. Der er ingen, der forstår det.

Erik Stangerup
CEO for Europa, Qunasys

Det bliver snarere en trinvis udvikling, hvor stadigt flere kvantecomputere på stadigt flere områder begynder at være overlegne. I datacentrene vil man begynde at indsætte kvantecomputere, der tager sig af nogle typer beregninger, mens andre opgaver fortsat klares af konventionelle computere. 

”Jeg synes, at branchen har gjort sig selv en bjørnetjeneste ved at snakke om alt det der med, at kvantecomputere kan regne med nul og ét på samme tid. Der er ingen, der forstår det. Det, du skal vide som bruger, er, at hvis du i dag har sådan en binær computer i dit computercenter så er den god til nogle ting. Men der er også ting, den måske godt kan beregne, men det tager så lang tid, at det ikke længere har værdi, når den er færdig. Men så får du kvantecomputeren ved siden af, og der er også ting, den ikke er så god til som din nuværende computer. Til gengæld kan den noget helt andet,” siger Erik Stangerup. 

Indtil videre er mange helt fundamentale aspekter af teknologien ikke afklaret. Nogle forskere arbejder på maskiner, der fungerer ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt, nogle anvender kraftige magnetfelter, og andre bruger photoner i vakuum til at opnå den særlige, meget skrøbelige kvantetilstand, hvor beregningerne kan ske. 

Derfor findes der endnu ikke, hvad der svarer til et operativsystem, der går på tværs af de forskellige typer kvantecomputere. 

Bæredygtig overførsel af data

Nogle af de første praktiske anvendelser af kvanteteknologi bliver formentlig inden for sikring af kommunikation.

Kvantecomputere vil meget let kunne bryde alle de konventionelle former for kryptering, og derfor arbejder mange virksomheder, inklusive flere af de startups, som Nato støtter, på at udvikle kryptering, der er sikker over for kvantecomputere.

Det haster, fordi man frygter, at hackere allerede nu begynder at downloade og gemme krypteret materiale, som de ikke kan afkode i dag, men som vil være nyttigt, når teknologien til at aflæse det en dag bliver klar. 

Kvantemekaniske fænomener kan også udnyttes til at gøre overførslen af data langt mere effektiv. For at udvikle kunstig intelligens bruges en stigende del af energien i de enorme datacentre til at sende data internt mellem de tusindvis af processorer, der tilsammen ’træner’ nye modeller. 

Computerchipsene laver beregninger i elektroniske kredsløb, men når data sendes videre, bliver de omsat til lysglimt, som sendes i optiske kabler. Derefter omdannes de tilbage til elektriske signaler i den næste chip. 

En af BII’s startups, Phanofi, udvikler en lille chip, der kan indbygges i processorer, som med kvanteteknologi kan pakke langt flere data ind i den samme forbindelse og dermed spare både tid og energi.

Kvanteteknologi til behandling af stress 

En anden startup, ArcanaBio, vil bruge kvantemekaniske effekter til at aflæse molekylers struktur ved hjælp af laserlys. I første omgang er målet at udvikle en test, der kan registrere forekomsten af vigtige proteiner i en spytprøve.

Der er omkring 3.000 proteiner i spyt, og hvordan koncentrationen af dem veksler med tiden, kan give indsigt i en persons helbred og om en person er stresset eller ej.

ArcanaBio arbejder på et apparat med et særligt laserlys, der kan genkende proteinerne og ved hjælp af kunstig intelligens danne sig et billede af personens tilstand. Ved at gentage målingen jævnligt kan man følge, om der skulle ske forandringer,  for eksempel på grund af øget stress.

I takt med at teknologien forbedres, er det målet at kunne undersøge enkelte molekyler for at kontrollere deres tilstand og se, om de eksempelvis er beskadiget eller har mangler. Det vil kunne bruges til kvalitetskontrol af virksomheder, der fremstiller proteiner til for eksempel medicin. 

Diamanter, der kan kortlægge hjernens aktivitet 

Kvantemekanik er ikke let at forstå – det er nu engang vilkårene. Diasense, der også er del af acceleratorprogrammet på BII, illustrerer ganske godt, hvor fremmedartet teknologien kan være.

Hold fast: 

Diasense udvikler ekstremt fintfølende sensorer baseret på små uregelmæssigheder i kunstige diamanter. I diamantens gitterværk af atomer er der hist og her små huller, og i de huller findes der en løs elektron, der ikke er tilknyttet noget atom.

Når elektronen påvirkes af lys og magnetisme, ændres den hastighed, den spinder med, og derfor ændres intensiteten af det lys, den udsender. Det kan udnyttes til at måle de elektroniske signaler, der sendes mellem neuronerne i hjernen, og derfor kan man potentielt kortlægge hjerneaktivitet, på sigt helt ned til enkelte neuroner. 

Supergodt at have på slagmarken 

Som så mange andre kraftige teknologier kan kvantecomputing være ’dual use’ – det vil sige, det kan anvendes til både civile og militære formål.

Nato har et omfattende program, kaldet Diana, der støtter udviklingen af nye og disruptive teknologier, og sidste år valgte man at placere acceleratorprogrammet inden for kvantecomputere hos BII i København. Halvdelen af de kvantestartups, som BII støtter i dag, er dermed udvalgt af Nato. 

Blandt projekterne er udvikling af sensorer, der kan måle jordens magnetfelter så nøjagtigt, at det kan bruges til navigation og dermed være et alternativ til gps, i tilfælde af at satellitnavigationen bliver forstyrret, som det i stor stil sker i Østersøen, hvor russerne udsender forstyrrende signaler – det, der kaldes ’spoofing’.

Som Jakob Svagin, der er ledende forretningsudvikler i acceleratorprogrammet, siger: ”Det kan være nyttigt for lystfiskere og selvkørende biler, men jo også for militærfly og ubåde, der ikke kan modtage signaler under vandet. Det er ligesom en telefon. Du kan bruge den i private hjem, men den er også supergod at have, hvis du er på slagmarken.”