– Kvanteteknologi er en samlebetegnelse for all ny teknologi som bygger på de spesielle egenskapene til kvantemekanikken. Det betyr at vi designer systemer som direkte utnytter finurlighetene i kvantemekanikken, forteller postdoktor Gunnar Lange på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) ved UiO.
Kvantefysikken beskriver naturlovene for verdens minste bestanddeler. Disse lovene er fundamentalt forskjellige fra de klassiske fysiske lovene. Klassisk fysikk er med andre ord ikke gyldig i veldig liten skala. I kvanteverdenen er alle observasjonene basert på sannsynligheter.
– Kvantefysikken er blitt et paradigmeskifte i vår forståelse av naturen og forutsier en rekke fenomener som totalt strider mot vår intuisjon. Det vekker fascinasjon langt utenfor fysikernes rekker, sier professor Susanne Viefers på Fysisk institutt ved UiO.
Tre hovedområder
Kvanteteknologien kan deles inn i de tre store hovedområdene kvanteberegninger, kvantesensorer og kvantekommunikasjon.
Vyene er mange. Fremtidens kvantedatamaskiner kan bli gode på å løse oppgaver som dagens datamaskiner ikke klarer. Kvantesensorer vil kunne revolusjonere nøyaktigheten i målinger. Og kvantekommunikasjon kan sørge for sikker utveksling av informasjon.
– Vi tror at kvanteteknologien vil påvirke samfunnet og livet vårt på en gjennomgripende måte, poengterer forskningsdekan Bjørn Jamtveit på Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved UiO.
Direktør Idar Kreutzer i NHO er enig.
– Kvanteteknologien vil få stor betydning for næringslivets konkurransekraft, sa Idar Kreutzer på NHOs kvanteseminar i høst.
– Kvanteteknologi er en av de store strømningene i fysikken for tiden, sier professor Lasse Vines på Fysisk institutt ved UiO.
Den første kvanterevolusjonen
Allerede rundt år 1900 var den klassiske fysikken veletablert. Eksempler på viktige oppdagelser var elektromagnetismen og termodynamikken. Så skjer det store.
– Gjennom eksperimenter oppdaget fysikere en rekke fenomener som ikke kunne forklares med klassisk fysikk, forteller Susanne Viefers.
Utviklingen av kvanteteknologien har tatt mer enn hundre år. I 1925, akkurat for hundre år siden, publiserte forskere de første formelle kvanteteoriene. Dette jubileet vil bli markert over hele verden i år.
– Kvantefysikken ble gjennom en rekke teorier og banebrytende eksperimenter utviklet tidlig på 1900-tallet. Et av de mest berømte eksemplene er Bohrs atommodell, som viser oss at verden ikke er kontinuerlig. Når vi zoomer inn på atomnivå, består verden av diskrete tilstander, sier forsker Marianne Etzelmüller Bathen på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi ved UiO.
I den første kvanterevolusjonen ble transistoren oppfunnet. Transistoren omtales som en av de viktigste oppfinnelsene i det tjuende århundre og har lagt grunnlaget for alt vi kjenner av digital teknologi.
– Ingen tenkte den gangen på at vi i dag skulle løpe rundt med smarttelefoner i lommen, forteller professor Joachim Mathiesen, direktør på Bohr-instituttet ved Københavns Universitet.
De kvantefysiske lover er fundamentet for alt fra partikkelforskningen på CERN til hvordan vi forstår hva lys er, lasere, radioaktivitet, hvordan solceller fungerer og halvlederteknologien i datamaskiner. Med andre ord: Uten den første kvanterevolusjonen hadde menneskeheten ikke opplevd den enorme teknologiske utviklingen.
Krypterings-skandale viser viktigheten av kvante-teleportering
Den andre kvanterevolusjonen
Nå er den andre kvanterevolusjonen i gang.
– Vi kan nå bruke de kvantemekaniske effektene i teknologien, forteller Joachim Mathiesen.
Det gir enorme muligheter.
– I den andre kvanteteknologiske revolusjonen har vi muligheten til å zoome ned på atomnivå og se diskrete tilstander, superposisjon og sammenfiltring. Akkurat som transistoren er byggeklossen i dagens datateknologi, prøver vi i dag å lage byggeklosser til kvanteteknologien, forteller Marianne Etzelmüller Bathen.
Blant de store mulighetene er som sagt kvanteberegninger, sikker kommunikasjon og kvantesensorer som kan gjøre målinger med svært stor presisjon.
– Det kommer nå teknologi som vi bare kan drømme om. Wow-faktoren er stor. Noen av de kuleste idéene til hva som er mulig å gjøre, har vi ennå ikke fått, poengterer Susanne Viefers.
Forstår naturen på atomnivå
Fysikere har brukt store deler av det 20. århundre til å forstå kvantemekanikken.
– Nå, i det 21. århundre, har vi blitt mye bedre til å forstå hvordan vi kan kontrollere materialer helt ned på atomnivå og manipulere hvordan atomene kan snakke sammen. De siste årene har vi stadig sett nye ting som vi ikke trodde var mulig å lage året før, sier Gunnar Lange og fortsetter:
– Kvanteteknologien er ikke lenger en rar nisje som bare fysikere er interessert i. For eksempel utnytter kvanteberegninger de kvantemekaniske prinsippene som gjør det mulig å lage beregninger som er vanskelig eller tilnærmet umulig å gjennomføre på vanlige datamaskiner.
Terje Nilsen, direktør for banebrytende teknologier i Kongsberg Discovery, som er en del av Kongsberg Gruppen, ser på hvordan banebrytende innovasjoner kan knele eksisterende forretningsmodeller. Han sier kvantesensorer er en slik teknologi. Kvantesensorene vil bli langt bedre og mer nøyaktige enn dagens sensorer.
– Det er klart at hvis Kina eller USA plutselig kommer med helt ny teknologi, vil det knekke deler av markedet vårt, sier Nilsen.
Han ber Norge tenke geopolitisk. Han advarer om at USA og Kina kan bli proteksjonistiske.
– Kina leder kvanteløpet. Vi i Vesten forsøker å begrense handelen med Kina. Dessuten vet vi ikke hvordan USA vil være villig til å gi oss tilgang på den fremtidige teknologien. De vil helst selge produkter og ikke teknologien. Det er derfor av nasjonal interesse at Norge satser på kvanteteknologi, sier Terje Nilsen.
Han ønsker at Norge får sin egen kvantestrategi og at Kongsberg Gruppen henger seg på den.
Nye satellitter skal overvåke alle de 200.000 isbreene i verden
Forsvaret
Forsvaret er også med på kappløpet.
– For Forsvaret er kvanteteknologien en banebrytende og viktig teknologi som kan påvirke mange områder, forteller Kenneth Ruud, direktør på Forsvarets forskningsinstitutt.
I dag er det mye jamming av GPS-signaler langs den russiske grensen.
– Vi trenger nye kvanteteknologiske verktøy som kan sørge for at vi har evnen til å vite hvor vi er og hvor vi skal, samtidig som fienden gjør alt for å hindre oss i at vi har denne muligheten, sier Kenneth Ruud.
Norsk småbeløp
Danmark har allerede laget en nasjonal strategi for kvanteforskning. Danmark har dessuten fått to milliarder kroner i støtte fra private sponsorer.
– Dette er et internasjonalt kappløp. Det ville være naivt å si at Norge skal være helt i front når vi vet den posisjonen Danmark har i dag. Vi må jobbe sammen med Danmark for å få dette til. Vi bevilger nå 70 millioner kroner til kvanteteknologi over statsbudsjettet. Vi må bygge på de områdene innenfor kvanteteknologien der Norge står sterkt, sa digitaliserings- og forvaltningsminister Karianne Tung til Apollon på høstens digitaliseringsforelesning ved UiO.
Til sammenligning investerer verden mer enn 50 milliarder dollar i kvanteteknologi. Det er like mye som på kunstig intelligens. Kina og USA satser voldsomt.
Dekaner fra de fire store norske universitetene har allerede diskutert hvordan den norske kvanteforskningen bør koordineres.
I november møttes norske og danske politikere for å diskutere kvantesamarbeidet i Norden.
– Vi må finne ut av hvordan vi i Norge kan organisere oss best mulig for å kunne ta kvanteforskningen raskere i bruk og for at Norge skal bli en aktiv deltaker i det nordiske samarbeidet, sier Bjørn Jamtveit.
Trenger mer forskning
Jamtveit viser til Draghi-rapporten fra den italienske eks-statsministeren Mario Draghi. Han advarer om konsekvensene hvis Europa henger etter. Draghi vil doble innsatsen og mener tunge, grunnleggende forskningsmiljøer er en betingelse for at Europa skal henge med i teknologiutviklingen.
– Hva er UiOs sterkeste kort på kvantefeltet?
– De største styrkene våre er de teoretiske fagmiljøene, inkludert det internasjonalt ledende forskningsmiljøet i kvantekjemi på Hyllerås-senteret, og den eksperimentelle kvanteforskningen på MiNaLab-en, sier Bjørn Jamtveit.
MiNaLab-en er Mikro- og nanoteknologilaboratoriet på UiO, der forskere lager materialer med nanopresisjon.
De færreste lykkes med kommersialisering av forskningen sin
Samarbeidsavtale
I sommer ble kvante-samarbeidsavtalen mellom UiO og Bohr-instituttet ved Københavns Universitet undertegnet.
– Nå må Norge finne sin plass i det nordiske samarbeidet, poengterer Bjørn Jamtveit.
Han sier at Oslo Science City, eller Kunnskapsbyen i Oslo på godt norsk, er et viktig møtepunkt mellom akademia, instituttsektoren og næringslivet.
Joachim Mathiesen på Bohr-instituttet ser frem til samarbeidet.
– Hver for oss er vi små land. Vi i Norden er nødt til å samarbeide. Da står vi sterkere.
Han har store forventninger til samarbeidet med Norge.
– Grunnlaget for å lage kvantesensorer i Norge er stort. Norge har både laboratorier og produksjonsfasiliteter av høyeste kvalitet. Der kan de dyrke materialer til sensorteknologi. Dette er unikt for Norge, mener Joachim Mathiesen.
Må henge med
Mathiesen mener dessuten at det er viktig med startup-bedrifter.
– Vi stimulerer forskerne våre til å tenke innovasjon og kommersialisering. Det er helt avgjørende. Det er gjerne de små bedriftene som klarer å teste ut annerledes teknologi, sier Mathiesen.
Lene Oddershede, Senior Vise President i Novo Nordisk Foundation, oppfordrer næringslivet til å henge med.
– Utviklingen går stadig raskere, og det er derfor en fare for at man kommer for sent i gang. Selv om kvanteteknologien ikke er relevant for den enkelte virksomhet i dag, er de nødt til å forstå hva dette dreier seg om den dagen teknologien blir relevant, sa Lene Oddershede på NHOs kvantekonferanse i høst.
Susanne Viefers er enig.
– Det foregår nå et utrolig race. Alle er redde for at andre skal få bedre teknologi, sier hun.
Professor Øystein Prytz, lederen for Senter for materialvitenskap og nanoteknologi på UiO, mener det er viktig at Norge bruker mer ressurser hvis Norge skal spille en rolle i det nordiske samarbeidet.
– Kvanteteknologi er et helt nytt område der vi må prøve å unngå å være helt avhengige av utenlandske aktører. Vi må ha noe av kompetansen selv. En del av dette kan bli viktig sikkerhetspolitisk. Vi må derfor ha fagmiljøer og kunnskap slik at vi er i stand til å sikre oss og bruke denne teknologien selv. Dette må vi tenke på allerede nå, selv om det er et stykke frem i tid, poengterer Øystein Prytz.
Professor Jan W. Thomsen, leder for Quantum Computing Programme i Novo Nordisk Foundation i København, mener at de nordiske landene skal greie dette sammen.
– Norden har 21 millioner mennesker og er den 11. største økonomien i verden. Så vi kan fint spise kirsebær med de store, poengterer Jan W. Thomsen.
Nå kommer verdens mest moderne stråleterapi til Norge
Nanolaboratoriet
Da det danske kongeparet var i Oslo, ble de invitert inn på Mikro- og nanoteknologilaboratoriet i Oslo. Her manipuleres materialer på atomnivå.
– I neste runde vil dette laboratoriet kunne brukes til å lage kvantesensorer, forteller Terje Nilsen i Kongsberg Discovery.
Bjørn Jamtveit minner om at kvanteteknologien fortsatt er en umoden teknologi.
– Det betyr at dagens forskning i vesentlig grad påvirker morgendagens teknologiutvikling, sier han.
Marianne Etzelmüller Bathen er av det litt mer nøkterne slaget.
– Vi har fortsatt lang vei å gå med grunnforskningen, påpeker hun.
Sammen med Lasse Vines og Morten Hjorth-Jensen har Marianne Etzelmüller Bathen nå satt i gang tre nye studieretninger i kvanteteknologi
Artikkelen ble først publisert på Apollon.
