Det globale kvantekapløb er i gang

tirsdag 24 okt 17
|
af Lotte Krull

Kort om kvantemekanik

Kvantemekanik – eller kvantefysik – er en gren af fysikken, der beskæftiger sig med stoffers og det elektromagnetiske felts egenskaber på partikelniveau. Tre kvantemekaniske grundprincipper:

  1. Et objekt kan I den mikroskopiske verden være I en ’superpositions’ tilstand, hvilket vil sige, at det kan antage to værdier på samme tid. F.Eks. Kan objektet være to steder I rummet på samme tid. Det distancerer os fuldstændig fra den klassiske fysik, som siger, at et objekt kun kan have én værdi.
  2. Hvis man laver en måling på et objekt, f.Eks. Et atom – som altså kan befinde sig to steder samtidig – vil atomet I måleøjeblikket kollapse og derefter kun antage én værdi. Dvs. Hvis atomet befandt sig I en superposition af at være to steder samtidig, vil det efter måling kun være ét sted.
  3. To partikler kan være forbundet med hinanden, uanset hvor langt de er fra hinanden I universet, og hvis man ændrer den ene partikel, vil den anden kunne ’mærke’ ændringen. Man siger, at de er kvantemekanisk korreleret. Dette kaldes for ’entanglement’.

Kilde: DTU podcast med professor Ulrik Lund Andersen, leder af grundforskningscentret makroskopisk kvanteteknologi og af det tværfaglige center quantumdtu. Hør hele podcasten på dtu.Dk/podcast.

Qubiz

Qubiz – Quantum Innovation Center er et nationalt center med hovedkvarter i København. Centret blev oprettet i 2016 som følge af en investering på 80 mio. kr. fra Innovationsfonden, der skulle finansiere centret de første to år. Centrets partnere omfatter DTU, Københavns Universitet og Aarhus Universitet samt godt 20 industripartnere.

Centret samler forskere og industri, der arbejder med kommercialisering af kvanteteknologi inden for bl.a. kommunikation, computing, materialevidenskab og detektering.

Centret har tre videnskabelige direktører, hvoraf den ene er professor Ulrik Lund Andersen fra DTU Fysik, der på DTU netop er ved at etablere et Center of Excellence inden for kvanteteknologi med en bevilling på op til 63 mio. kr. fra Danmarks Grundforskningsfond.

qubiz.dk

Der investeres massivt i kvanteteknologi verden over. Danmark er blandt de nationer, der har meldt sig ind i det globale race, hvor vinderne bliver dem, der både mestrer den forunderlige kvantemekanik og samtidig formår at lave forretning ud af den.

Fra at have levet en stille tilværelse i fysikernes laboratorier, gemt af vejen som grundforskning og eksperimentelle forsøgsopstillinger, er kvantemekanikken på kun få år blevet genstand for stor opmærksomhed fra andre end fysikerne: Der bliver nu bejlet til kvantemekanikken fra mange brancher fra alle verdenshjørner.

Virksomheder og nationer investerer massivt i området. Målet er at være blandt de første til at udnytte nye gennembrud i kvantemekanikken til kommercielle formål. Der skal med andre ord laves ’big business’ ved at udvikle ny teknologi baseret på kvantemekanik: sensorer, computere og kryptering – for bare at nævne nogle af de kvantebaserede teknologier, der er på vej.

Microsoft er en af de virksomheder, der øger investeringerne i forskning og udvikling af kvanteteknologi. Virksomheden har forsket i kvanteteknologi i mere end 10 år, men i de seneste år er der blevet skruet op for blusset. Ifølge New York Times er der tale om, at Microsoft investerer et betragteligt beløb. Om baggrunden for investeringerne i kvanteteknologi siger Charlotte Mark, administrerende direktør for Microsoft Development Center Copenhagen:

”Vi er dér nu, hvor vi er gået fra ren grundforskning til, at vi ser en mulighed for at gå ind og rent faktisk udvikle en kvantecomputer og tilhørende programmeringssprog. Det er jo sådan med grundforskning, at man ikke nødvendigvis ved, om man kan få et produkt ud af det. Det tror vi på nu.”

Google, Intel, IBM og Toshiba er også blandt de virksomheder, der skruer op for investeringerne i udvikling af kvanteteknologi. Samtidig rykker flere lande ind med offentlige midler, hvor nogle lande investerer i deciderede satsninger, heriblandt Canada, Storbritannien, Tyskland, USA og Kina.

Højprofileret EU-forskning

I april 2016 annoncerede EU-Kommissionen, at kvanteteknologi bliver EU’s tredje ’flagship’ – dvs. et højprofileret investeringsområde inden for forskning og udvikling (de to øvrige flagships er The Graphene Flagship og The Human Brain Project Flagship). Kommissionen lægger op til, at EU samlet skal investere en milliard euro i kvanteteknologi. Styregruppen, der tilrettelægger det nye flagship, som skal påbegyndes i 2019, beskriver den stigende interesse for kvanteteknologi som et ’globalt kapløb’.

Udviklingen i disse år kaldes for den anden kvanterevolution, hvor den første revolution var, da man fandt ud af at udnytte kvantemekanik til banebrydende teknologier som laseren og transistoren. I denne anden kvanterevolution er det nu blevet muligt at designe nye kvantesystemer på partikelniveau og dermed udnytte kvantemekanikkens grundprincipper i nye teknologier. Men denne gang skal EU være bedre til at lave forretning på basis af den kvantemekanik, som i virkeligheden blev udtænkt i Europa for omkring 100 år siden af verdensberømte fysikere som Max Planck, Niels Bohr, Albert Einstein, Werner Karl Heisenberg, Erwin Schrödinger og mange flere. I denne anden kvanterevolution skal EU høste de jobs og den vækst, som er på spil.

Skal udnyttes kommercielt

”Den anden kvanterevolution vil skabe nye kommercielle muligheder, der imødegår globale udfordringer, giver os strategiske muligheder for at implementere sikkerhedssystemer og lægger grunden til fremtidige anvendelsesmuligheder, som vi slet ikke kan forestille os endnu. Europa har før forpasset chancen for at kapitalisere på større teknologiske fremskridt. Det kan meget vel ske igen, hvis ikke vi skrider til handling nu,” skriver EU’s flagship- styregruppe i rapporten ’Quantum Technologies Flagship Intermediate Report’.

Den anskuelse deler Cathal Mahon, der er konstitueret direktør i det danske center Qubiz – Quantum Innovation Center, som blev etableret i 2016 på baggrund af en investering på 80 mio. kr. fra Innovationsfonden. Formålet med Qubiz er at bygge bro mellem forskning og kommercialisering.

DTU er partner i centret sammen med Københavns Universitet og Aarhus Universitet. Og professor Ulrik Lund Andersen, DTU Fysik, er en af centrets tre videnskabelige direktører. Han modtog i foråret 2017 mere end 60 mio. kr. til at etablere et grundforskningscenter for kvanteteknologi på DTU. (Se mere om grundforskningscentret på side 15 og se mere om Qubiz i faktaboksen til højre.)

”Det var i Europa, at kvantefysikken (det samme som kvantemekanikken, red.) startede, men det var primært USA, der høstede frugterne set fra et kommercielt perspektiv. USA var ganske enkelt bedre til at lave forretning ud af kvanteteknologi. Lige nu finder en ny udvikling sted inden for kvanteteknologi, som kommer til at påvirke vores samfund og vores økonomi. Det er ekstremt vigtigt, at Danmark er med helt fremme denne gang,” siger Cathal Mahon.

Store danske muligheder

Ønsket om, at Danmark formår at lave forretning på forskningen inden for kvantemekanik, var netop motivationen hos Innovationsfonden, da den besluttede at investere i Qubiz, siger fondens direktør, Peter Høngaard Andersen:

”Vi lægger en masse offentlige midler i forskning, og hvis vi ikke sørger for at få den forskning længere op i værdikæden, så kommer den ikke nok til gavn i Danmark. Dvs. at vi sender værdierne direkte til udlandet.” Han uddyber:

”Med Qubiz ønsker vi dels at bevare den stærke danske forskning inden for kvanteteknologi, dels at etablere et stærkt samarbejde med en række industrier. Dette er lykkedes over al forventning. Forskningen har ført til tre spinouts allerede, og desuden er en række virksomheder ved at overveje, om de skal placere deres forskningsog udviklingsaktiviteter inden for kvanteteknologi her i Danmark.”

Selvom Danmark er et lille land, som ikke har de samme ressourcer, som man har nogle steder i udlandet, har vi alligevel en rolle at spille i det nuværende kvantekapløb, mener Cathal Mahon:

”Danmark er især stærk på teori og leverer vigtige grundvidenskabelige bidrag inden for kvantefysik. Dér står vi forholdsvis stærkt i forhold til mange andre lande. Dermed ikke sagt, at vi ikke også er gode på de andre områder. Nu skal vi blot demonstrere, at vi kan tage verdensklasseforskning og få den ud i en kommerciel sammenhæng,” siger Cathal Mahon.

 

Kilder:

New York Times, 21. November 2016: ’Microsoft Spends Big to Build a Computer Straight Out of Science Fiction’.

’Quantum Technologies Flagship Intermediate Report’ fra EU kommissionens high level steering committee. Rapporten kan downloades på kortlink.Dk/qzct

The Economist, 11. Marts 2017: ’Here, There and Everywhere’.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.