Derfor bør du vite meir om kvanteverda

Kvanteteknologi er eit av dei mest lovande og raskt utviklande felta innan vitskap og teknologi. Det har potensialet til å transformere mange område, som databehandling, kryptografi, materialvitskap og medisin.

På grunn av det enorme potensialet, kan kvanteteknologi få mykje å seie økonomisk og sosialt. Han kan medverke til å skape nye næringar og jobbar i framtida, drive økonomisk vekst og endre måten me lever og arbeider på.

Som med all ny teknologiutvikling, vil det vere viktige samfunnsmessige, etiske og politiske spørsmål knytt til utvikling og bruk av kvanteteknologi.

Men mange kjenner ikkje til at kvanteteknologi også har ei lang historie bak seg, at han er for lengst teken i bruk og påverkar oss allereie.

For å kunne engasjere deg på ein informert måte i dette, er det viktig at du har ei viss forståing av kva kvanteteknologi er og kva han kan nyttast til. Det kan du få gjennom det nye vidareutdanningsemnet «Introduksjon til kvanteverda for nyfikne» på OsloMet.

Emnet tek utgangspunkt i at kvanteteknologien byggjer på kvantefysikken, også kjent som kvantemekanikk. Det er ei grein av fysikken som tek føre seg fenomen i mikroskopisk skala: atom og subatomære partiklar som elektron og foton. Det er ein av dei mest grunnleggjande teoriane i fysikken.

– Det er på denne måten me forklarar byggjesteinane som all materie er bygd opp av, noko som eg vil påstå er relevant for alle, uavhengig av teknologi, seier professor Sølve Selstø, som er fagleg leiar for vidareutdanningsemnet.

Selstø meiner det er ein skeivskap i utdanningssystemet vårt, for det er mange grunnleggjande ting som me lærer ganske mykje om i ulike fag, men kvantefysikk har ramla av lasset.

Grunnleggjande kunnskap

– Me lærer ikkje skikkeleg kva kvantefysikk er og korleis eit atom eigentleg er bygd opp, verken på vidaregåande skule eller i grunnskulen. Men ein har då høyrt om Newtons lover, til dømes. Og kva krefter er for noko. Dette er heilt grunnleggjande ting, og kvantefysikk meiner eg er av det grunnleggjande me bør lære om.

– Men kva kan du bruke det til, viss du tek dette vidareutdanningsemnet, då?

– Du kan vite kva ein snakkar om når det dreier seg om den andre kvanterevolusjonen, som handlar om den aktuelle utviklinga av teknologien, og kva ei kvantedatamaskin er, til dømes.

– Lærarar i grunnskulen og vidaregåande skule kan ha nytte av å ta emnet.

– Og viss du arbeider i eit konsulentselskap eller it-bransjen med programutvikling, så vil dette med kvanterekning fort bli eit tema.

– Då har du noko å kome med i ein diskusjon, du kjenner til styrkar og ulemper med det når du diskuterer med kollegaer om det, og legg planar til dømes, og planlegg satsingar.

– Du blir ikkje ein kompetent kvanteprogrammerar av det. Men du veit kva det er.

– Du skal ikkje reise så langt før du ser at kvanteteknologi er svært aktuelt, Noreg heng litt etter her, seier professor Sølve Selstø. Foto: Sonja Balci, OsloMet

Enormt potensiale

Sjølv om potensialet er stort, står endå noko igjen før kvantedatamaskiner kan brukast for fullt.

– Men når me er der, vil det påverke oss mykje på godt og vondt.

– Til dømes når det gjeld kryptering, vil vanleg standardkryptering verte knekt, samtidig som kvanteteknologien gjev nye moglegheiter for kryptering. Kvantekryptering kan tilby overlegen tryggleik for kommunikasjon, medan kvantedatamaskiner kan bryte gjennom mange av dei krypteringsstandardane som vert brukte i dag.

– Elles ligg det veldig mykje tung rekning til grunn for mykje av det som vert gjort i samfunnet, til dømes vêrmelding, dimensjonering av bygningar og maskiner, og produksjonsteknikk. Der kan kvantedatamaskiner avhjelpe og gjere oss i stand til å gjere ting som me aldri ville klart same kor stor datamaskin me hadde bygd på den vanlege, klassiske måten.

– For ikkje å snakka om å forstå kvantesystem i seg sjølv. Det er ganske viktig i kjemi og farmasi til dømes å forstå korleis eit komplisert molekyl er sett saman.

– Innan kvantekjemien er det er ein heil skog av triks for å prøve å forenkle verda sånn at me kan rekne på det, fordi dei datamaskinene me har i dag ikkje klarer å gjere det heilt, klarer ikkje å handtere kompleksiteten som eigentleg er der. Ei kvantedatamaskin kan ha føresetnader for å klare å handtere det.

Røter langt tilbake

Sjølv om me ofte kan få inntrykk av at dette er noko heilt nytt, har eigentleg kvantefysikk og kvanteteknologi røter langt tilbake. Teorien er 100 år gammal, og den teknologiske bruken av han er også tilårskomen.

– Det er ikkje så lenge sidan mange av oss såg Oppenheimer på kinoane, om bakgrunnen for atombomba. Det er også ein del annan teknologi basert på kvantefysikk som me har hatt i fleire tiår som me ikkje tenkjer over er kvanteteknologi.

– Det mest tydelege dømet er kanskje MR-teknologi, som vert brukt til biletdiagnostikk i medisinsk samanheng. Laserteknologi er eit anna døme.

– I vidareutdanninga «Introduksjon til kvanteverda for nyfikne» byrjar me med å sjå på den historiske utviklinga av korleis teorien vart til, og så snakkar me litt om ein del omgrep som skil han frå den tradisjonelle fysikken, og så om korleis han vert brukt i teknologi.

Kvantefysikken kan vere vakker

Sølve Selstø er også oppteken av den estetiske sida av kvantefysikken, at han kan vere vakker.

– Det er det er ein vakker orden i det, ein struktur.

– Eit døme eg likar å trekkje fram: Viss me vender tilbake til korleis eit atom ser ut, så er det mange som har eit bilete av eit lite solsystem i hovudet sitt frå grunnskulen som er heilt feil og ikkje spesielt adekvat, men viss du ser for deg ein blome, så er det ikkje det heilt feil.

– Strukturen av eit elektron som virrar rundt eit proton, til dømes i eit hydrogenatom, er symmetrisk, strukturert og vakker. Når det blir fleire elektron, og meir kompliserte atommolekyl, vert dei veldig kompliserte, men framleis vakre.

– Vil du kunne sjå noko av dette gjennom å ta dette vidareutdanningsemnet?

– Ja, me vil prøve å visualisere det. Så visualiseringar og analogiar er veldig relevant her.

Noreg må vakne

– Noreg har liksom ikkje heilt vakna når det gjeld kvantefysikk og kvanteteknologi. Du skal ikkje reise så veldig langt før at du ser at dette er meir aktuelt. I Sverige, Danmark og Finland er det slik, så me heng litt etter der.

Sjå "Norge henger etter i kvantekappløpet". 

– Det kan godt vere at me saknar populær litteratur på området. Kanskje nokon bør skrive ei bok, undrar Sølve Selstø.

Biletet øvst i artikkelen viser ein student som arbeider med problemstillingar knytt til kvanteteknologi. Foto: Benjamin Ward.

Fakta om kvanteteknologiar

Kvanteteknologi nyttar dei unike eigenskapane til kvantemekanikken, som vert kalla superposisjon og kvantesamanfiltring, for å skape nye måtar å handsame og overføre informasjon på.

Her er nokre døme på kvanteteknologiar, og korleis dei fungerer:

• Kvantedatamaskiner: Desse maskinene bruker kvantebits, eller qubits, i staden for dei tradisjonelle bitsa som vert brukte i dagens datamaskiner. Ein qubit kan eksistere i ein tilstand av superposisjon, noko som tyder at han kan vere både 0 og 1 samtidig. Dette gjev kvantedatamaskiner potensialet til å utføre visse utrekningar mykje raskare enn tradisjonelle datamaskiner.
• Kvantekryptografi og kvantekommunikasjon: Kvanteteknologiar kan også brukast til å lage sikrare kommunikasjonssystem. Til dømes, ved å bruke kvantesamanfiltring, kan ein skape par av partiklar der tilstanden til den eine omgåande påverkar tilstanden til den andre, uavhengig av avstanden mellom dei. Dette kan brukast til å laga "uknuselege" krypteringsnøklar.
• Kvantesensorar: Desse einingane bruker kvantefenomen til å måle fysiske storleikar med ekstremt høg presisjon. Til dømes, kvantemagnetometer kan oppdage utruleg små endringar i magnetfelt, noko som kan vere nyttig i alt frå medisinsk biletdiagnostikk til geologisk utforsking.

Desse teknologiane er framleis i utviklingsfasen, men dei har potensialet til å revolusjonere mange felt, inkludert databehandling, kryptografi, materialvitskap og meir.