Teknologi

Christiane Jordheim Larsen

christiane@dagogtid.no

Dei kan sjå ut som avantgardistiske lysekroner i gull, men er i røynda datamaskinar som skil seg skarpt frå den eg skriv denne artikkelen med. Per i dag kan ein ikkje bruke dei til stort anna enn forsking og utprøving. Likevel vert det spådd at kvantedatamaskinar innan 2030 kan skape enorme inntekter, dekryptere hemmelegstempla informasjon og utføre oppgåver som i dag er umoglege å utføre.

Kvantedatamaskinar og annan kvanteteknologi vil kunne endre, er det spådd, samfunna våre på måtar vi ikkje har fantasi til å sjå føre oss. Det er teknologi som vil kunne nyttast innan alt frå medisin til logistikk, forsvarsindustri og kunstig intelligens. Kanskje vil teknologien kunne oppdage sjukdom utan at vi legg oss på operasjonsbenken, eller gje kunstig intelligens utenkjelege krefter.

Kvanteteknologien vil utvikle seg raskt, vert det spådd, driven framover av skarpe hjernar og milliardinvesteringar i USA, Kina og EU.

I lag med spådommane kjem åtvaringane: Europa kan ikkje ta seg råd til å tape teknologiracet innan kvanteteknologi. Det kan komme til å koste meir enn det smakar.

Endrar spelereglane

I Noreg bur fagfolk i nærings-, forskings- og tryggingsmiljø seg på ei omvelting dei så langt berre aner konturane av.

Terje Nilsen, direktør for banebrytande teknologi i Kongsberg Discovery, meiner det er avgjerande, både for selskapet han jobbar i og for det norske samfunnet, å henge med på utviklinga.

– Alternativet er at konkurrentar plutseleg har ein teknologi vi ikkje har. Og det spesielle med kvanteteknologien er at han er så annleis all annan teknologi at ein vil måtte bruke fleire år berre på å hente seg inn, seier han.

Kenneth Ruud, administrerande direktør ved Forsvarets forskingsinstitutt (FFI), seier det er viktig for den nasjonale tryggleiken å vere budd.

– Nato skildrar kvanteteknologi som ein disruptiv teknologi, altså ein teknologi som kan endre spelereglane for kva som er mogleg. Og teknologi er ein integrert del av stormaktsrivaliseringa og den tryggingspolitiske situasjonen, seier han.

I Nasjonalt tryggingsorgan (NSM) rettleiar dei no verksemder i «kvantemigrasjon». Alle krypteringssystem må så snart som mogleg verte «kvantesikre», altså utforma på ein måte som gjer at kvantedatamaskinar ikkje vil kunne knekke dei.

– For første gong vil vi no komme med tilrådingar om kvantesikre algoritmar, seier NSM-forskar Arne Tobias Ødegaard.

Marianne Etzelmüller Bathen, forskar ved Universitetet i Oslo, er spent på kva utviklinga kan bringe.

– Dersom kvanteteknologi utviklar seg i same tempo som det mikrobrikketeknologien har gjort, vil han kunne danne grunnlaget for ei heilt ny samfunnsutvikling, seier ho, før ho legg til:

– Men det er eit dersom her, for vi veit jo ikkje.

Denne månaden presenterte Google sin nyaste kvantebrikke kalla Willow. Ifølgje selskapet er brikken eit viktig steg mot å utvikle ein kraftigare kvantedatamaskin. Biletet er overlevert Reuters frå Google den 6. desember.

Foto: Google / Reuters / NTB

Vitskapshistorie

Kva er det som gjer kvanteteknologi så ulik annan teknologi? Skal vi vere ærlege, vil nok dei færraste av oss nokon gong forstå avansert kvanteteknologi. Men nokre grunnprinsipp kan setje tankane våre på rett spor.

Kvanteteknologi baserer seg på kvantefysikk, som vi med Store norske leksikon kan seie er samlinga av teoriar som skildrar dei grunnleggjande partiklane, atoma, molekyla, korleis dei faste stoffa er oppbygde, korleis dei verkar, og korleis dei kan verke på kvarandre.

Om ein zoomar inn på så små partiklar – vi nærmar oss dei minste einingane vi kjenner i verda – kan ein sjå at dei oppfører seg tidvis som klinkekuler og tidvis som bølgjer. Og – dette synest i alle fall eg er vanskeleg å ta inn – dei kan vere i fleire tilstandar på éi og same tid.

Kvantefysikken kan sporast tilbake til tidleg 1900-tal, og mange nobelprisar har vore tildelte sidan han som har fått æra av å grunnleggje denne vitskapen, Max Planck, fekk prisen i 1918.

Bathen siterer den amerikanske vitskapsmannen Richard Feynman når ho gjer eit forsøk på å forklare kvanteteknologi på ein enkel måte. Om ein skal simulere ein kvantemekanisk natur, sa Feynman, må ein gjere det på ein kvantemekanisk måte.

Om vi hoppar fram til vårt tusenår, er det nett det kvanteteknologien gjer.

Null og éin på ein gong

Når det dei siste åra er utvikla kvantedatamaskinar som er baserte på kvantefysiske prinsipp, er dei bygde opp på ein heilt annan måte enn datamaskinar baserte på klassiske fysiske prinsipp.

Ein viktig komponent i datamaskinane slik vi kjenner dei, er transistoren, som fungerer som ein lysbrytar. Om han er på, oppfattar datamaskinen det som talet 1, om han er av, oppfattar datamaskinen det som talet 0. Ein kvantedatamaskin, derimot, opererer med fleire tilstander på ein gong – både 0 og 1.

Om vi klarer å akseptere det, kan vi også sjå føre oss at ein datamaskin som opererer med fleire tilstandar samstundes, vil kunne gje oss optimale løysingar på komplekse problem raskt og ved bruk av langt mindre energi enn ein klassisk datamaskin.

Marianne Bathen er forskar ved Universitetet i Oslo.

Foto: Øystein Horgmo / Universitetet i Oslo

– Ein ser at teknologien ikkje har openberre grenser.

Marianne Etzelmüller Bathen, forskar ved Universitetet i Oslo

Ekstrem presisjon

Ein teknologi som byggjer på nokre av dei verkeleg små byggjesteinane i verda, krev ekstrem presisjon. Kvanteteknologien står sånn sett på skuldrene til mikrobrikkeindustrien, som i raskt tempo har bringa fram stadig meir presist produksjonsutstyr.

– Innan kvanteteknologien ønskjer vi å zoome ned på atom- og molekylnivå og kontrollere dei direkte. Det krev eit presisjonsnivå vi ikkje har hatt tidlegare, men som vi byrjar å få no, seier Bathen.

Ho fortel at ei rekkje eksperiment dei siste tiåra har ført fram til kvantedatamaskinane vi har i dag, som eigentleg er å rekne som prototypar. Kvar og ein er unik og kan koste fleire tiltals millionar dollar.

– No går det føre seg eit race for å lage kvantedatamaskinar som fungerer bra, og som kan lagast i større skala.

Maskin for store tal

Alt i dag veit ein at kvantedatamaskinar, i motsetnad til klassiske datamaskinar, er gode på å faktorisere tal. Det er denne eigenskapen som vil gjere dei i stand til å knekke krypteringar, om dei vert sterke nok. Tryggingsdepartementet i USA har anslått at det vil skje kring 2030, men Nilsen trur ikkje det vil gå så fort. Men om 10 til 15 år vil dei vere i stand til det, lyder spådommen hans.

– I dag er det USA og selskapet IBM som leiar konkurransen om å utvikle den beste kvantecomputeren. I Kina er det staten som tek del i kappløpet. Europa har byrja å hengje seg på, seier han.

Nilsen trur at kvantedatamaskinar vil kunne gjere stor nytte for seg innan til dømes logistikk.

– Avansert logistikk, der skip skal gå berre når det er naudsynt, når fabrikkar berre skal produsere det som er naudsynt, og når lastebilar berre skal komme til kaia når båtane kjem inn... Det er berre ein kvantedatamaskin som vil kunne optimalisere eit slikt globalt reknestykke.

Umogleg å avlytte

Kvantedatamaskinar utgjer berre éi av tre hovudgreiner innan kvanteteknologien. Ei anna hovudgrein er kvantekommunikasjon. Der kvantedatamaskinar vil kunne knekke krypteringssystema som er vanlege i dag, vil kvantekommunikasjon kunne sikre kommunikasjon som ikkje er mogleg å avlytte.

– Om slik kommunikasjon vert mogleg, vil det vere ein game changer, seier Kenneth Ruud i FFI.

Terje Nilsen har sett seg inn i korleis kvantekommunikasjon fungerer.

– Ved bruk av kvantekommunikasjon tek ein i bruk samanfiltring, seier han og forklarar nærmare:

– Ein tek to foton (den minste eininga i lys, red.mrk.) og filtrar dei saman, slik at dei er å sjå på som eitt foton. Då kan ein sende det eine fotonet til Alice og det andre til Bob, og så kan dei nyttast til å kryptere dataa mellom dei. Dei vil verte heilt umoglege å avlytte undervegs.

Men det å sende eit foton i kvar si retning utan at dei vert forstyrra, og slik at dei vert plukka opp på rett måte, er komplisert teknologi, ifølgje Nilsen. Og jo lenger avstanden er, jo vanskelegare vert det. Til samanlikning vil det følgje milliardar av foton med om ein sender lys. Men her er det altså snakk om eitt og eitt foton.

Innan kommunikasjon er det Kina som har komme lengst, ifølgje Nilsen.

– Der har to universitet klart å kommunisere via kvanteteknologi over fire kilometer via ein spesiell optisk fiberkabel, seier han.

– Å leggje slike kablar må vere både komplisert og dyrt?

– Ja, dette vil nok verte mest aktuelt for svært viktig informasjon internt i Nato, mellom forskjellige land, regjeringar og kanskje sjukehus.

– Dette er ikkje noko for eit burettslag?

– Nei, kanskje om 50–100 år.

Google delte 6. desember eit bilete av dette kryostatkjøleskapet som er til for å kjøle ned kvantedatabrikker ved laboratoriet selskapet har i Santa Barbara i California. Biletet vart delt fordi Google nyleg har presentert sin nyaste kvantebrikke, kalla Willow.

Foto: Google / Reuters / NTB

Norske sensorar

Den tredje hovudgreina innan kvanteteknologi er kvantesensorar. Innan sensorar har Noreg eit sterkt fagmiljø, og det er på dette feltet både FFI, Kongsberg Gruppen og mange norske forskarar har hovudfokuset sitt.

Sensorar er også eit av dei områda Bathen jobbar innanfor, og ho gjev eit sensasjonelt døme på kva ein kvantesensor kan gjere.

– Ein har brukt kvantesensorar i dronar og flydd dei kring bruer i Tyskland. Så har kvantesensorane målt magnetfeltet frå rammeverket i brua. Kvantesensoren finn sprekkane og veikskapane i stålskjelettet. På den måten kan dei finne feil medan dei er små, utan å bryta opp betongen i brua.

Ruud ser for seg at kvantesensorar i framtida vil kunne gje detaljinformasjon om kroppar og på den måten erstatte operasjonar.

– Ein kan til dømes sjå føre seg at ein kan ha sensorar utanpå kroppen, som kan sjå korleis hjernen og hjartet fungerer, utan at ein må gå inn og operere, seier han.

Nytt frå Kina

Bør vi uroe oss for eit kvantekappløp der Kina har meldt seg på? Til dømes for at hemmelegstempla informasjon skal tilflyte kinesiske eller russiske styresmakter?

USA vert rekna som leiande i utviklinga av kvantedatamaskinar, men kva veit vi eigentleg om kva som skjer i Kina? Stadig mindre, ifølgje Nilsen.

– Kina leverer stadig ut forskingsrapportar, der dei hevdar at dei har klart å knekke kryptosystemet. Så går det fire–fem dagar, og så kjem det beskjed om at det har vore nokre feil i reknestykket. Så går det nokre månader, og det kjem ein ny beskjed om at dei har knekt koden. Meldingane frå Kina stressar Vesten, fordi vi veit at dette teknisk sett er mogleg, sjølv om det i dag ikkje er mogleg i praksis.

– Meldingane frå Kina stressar Vesten.

Terje Nilsen, direktør i Kongsberg Discovery

Nilsen seier den kinesiske staten no kontrollerer forskinga i landet på ein slik måte at det er vanskeleg å seie kor langt dei er komne.

For statar og andre miljø som har kompetanse til det, er det også mogleg å hente inn og lagre krypterte data, for så å få tilgang til informasjonen når kvantedatamaskinane er i stand til å dekryptere informasjonen.

Alt i dag finst det miljø som lagrar data sende på internett, for å kunne dekryptere dei i framtida, seier Nilsen.

Også i FFI er det merksemd kring kryptert informasjon som i framtida kan verte dekryptert.

– Det er ein potensiell fare, men eg håper at dei som sit på verdifulle data, tidleg nok har gått over til kvantesikker kryptering, slik at det ikkje er grunn til alvorleg uro. Dei som jobbar med kryptering, må alltid jobbe med ein horisont på 30–50 år, seier Ruud.

– Veit du korleis det ligg an i Nato?

– Nato er høgst merksame på informasjonstryggleik, og det inkluderer det trugsmålet kvanteteknologien representerer.

Ødegaard i NSM trur at kvanteteknologi per i dag ikkje er det største trugsmålet mot datatryggleiken, men er oppteken av at verksemder bør komme i gang med kvantemigrasjonen.

– Korleis ligg det an med kryptering av gradert informasjon?

– Det kan eg ikkje seie så mykje om.

Spådommar

Kva kan vi vente oss av kvanteteknologien? Sidan vi ikkje veit, må vi basere oss på kunnskapsbasert gjetting og spørsmål. Ei slik gjetting er at kvantedatateknologi kan bidra med opptil 850 milliardar euro til EU-økonomien dei neste 15–30 åra, ifølgje Boston Consulting Group. Eit spørsmål er om vi nokon gong vil eige berbare kvantedatamaskinar.

Den veldige optimismen knytt til kvanteteknologien er truleg inspirert av den utrulege mikrobrikkehistoria. For om lag 60 år sidan kunne ei mikrobrikke romme fire transistorar. I dag kan ho romme 100 milliardar.

– Ein ser at teknologien ikkje har openberre grenser. Det er utruleg kva vi menneske kan få til saman, om vi prioriterer mykje arbeidskraft og pengar og merksemd om ein teknologi, seier Bathen.

Ho trur at fordelane og ulempene kvanteteknologien kan bringe med seg, kan samanliknast med mikrobrikketeknologien.

– Mikrobrikketeknologien har blant mykje anna gjeve oss kunstig intelligens (KI) og sosiale medium, to tenester med både positive og negative sider. Slik vil det nok vere med kvanteteknologien òg.