Kvantecomputere er blevet et af de mest omtalte emner i forskningspolitikken. De beskrives som maskiner, der kan revolutionere kemi, materialeforskning og lægemiddeludvikling. Samtidig er de nuværende maskiner små, fejlbehæftede og egnede til langt færre opgaver, end overskrifterne antyder. Her prøver vi at give et nøgternt billede.
Hvad er en kvantecomputer?
En almindelig computer regner med bits, der enten er 0 eller 1. En kvantecomputer bruger qubits, som udnytter kvantemekaniske fænomener:
- Superposition: En qubit kan befinde sig i en kombination af 0 og 1, indtil den måles.
- Sammenfiltring (entanglement): Qubits kan være koblet sådan, at deres tilstande hænger sammen, også når man måler på dem hver for sig.
- Interferens: Kvantealgoritmer er bygget, så de "rigtige" svar forstærkes, og de forkerte udslukkes.
Det betyder ikke, at en kvantecomputer "prøver alle løsninger på én gang" og bare er hurtigere til alting. For mange opgaver vil den ikke være bedre end en almindelig computer. Fordelen opstår kun for bestemte typer problemer, hvor der findes egnede kvantealgoritmer.
Hvorfor er kemi og biologi interessante?
Molekyler følger selv kvantemekanikkens love. At beregne, hvordan elektroner opfører sig i et større molekyle, bliver hurtigt uoverkommeligt for klassiske computere, og forskerne må bruge tilnærmelser. Idéen – som går tilbage til fysikeren Richard Feynman – er, at en kvantecomputer naturligt kan simulere kvantesystemer.
Mulige anvendelser, som forskere peger på, er:
- beregning af kemiske reaktioner, fx i katalysatorer og enzymer
- design af nye materialer, fx til batterier
- forståelse af, hvordan lægemiddelkandidater binder til deres mål
- visse optimeringsproblemer og dele af maskinlæring
Det er vigtigt at understrege, at de fleste af disse anvendelser stadig er forventede, ikke demonstrerede i praktisk skala.
Problemet: fejl og støj
Qubits er ekstremt følsomme. Varme, vibrationer og elektromagnetisk støj kan ødelægge deres tilstand på brøkdele af et sekund. Derfor har nutidens maskiner mange fejl.
Løsningen er kvantefejlkorrektion, hvor mange fysiske qubits tilsammen danner én mere robust logisk qubit. Det kræver mange fysiske qubits pr. logisk qubit, og at fejlraten på de fysiske qubits er lav nok. De seneste år har flere forskergrupper og virksomheder vist vigtige fremskridt, men vejen til store, fejltolerante maskiner er lang.
Der arbejdes med flere teknologiske spor, blandt andet:
- superledende kredsløb, der køles ned til nær det absolutte nulpunkt
- fangede ioner og neutrale atomer, der holdes på plads med lasere eller elektriske felter
- fotoner (lyspartikler)
- topologiske qubits og spin-qubits i halvledere, som især er forskningsspor
Det er endnu uklart, hvilken teknologi – eller hvilke – der vil vinde.
Danmark og kvanteteknologi
Danmark har en lang tradition for kvantefysik, med Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet som et kendt omdrejningspunkt, og der forskes i kvanteteknologi på flere universiteter, herunder DTU og Aarhus Universitet. Staten og private fonde har investeret betydelige beløb i området.
Et konkret eksempel: Investeringsfonden EIFO og Novo Nordisk Fonden har gennem det fælles selskab QuNorth bestilt en kvantecomputer, Magne, der skal bygges i København i samarbejde med Atom Computing og Microsoft. Ifølge parterne er den designet til 50 logiske qubits og forventes klar til de første opgaver omkring årsskiftet 2026/27. Hvor meget den i praksis vil kunne bruges til, må tiden vise.
Kvante og AI – konkurrenter eller makkere?
Samtidig med at kvantecomputere udvikles, har klassiske metoder og AI rykket sig hurtigt. Maskinlæring kan i dag forudsige proteinstrukturer og egenskaber ved molekyler med stor præcision for mange formål (se AI i forskningen). Det betyder, at kvantecomputere skal slå et bevægeligt mål. Mange forskere forventer, at fremtidens beregninger vil kombinere klassiske supercomputere, AI og kvanteprocessorer, hvor hver bruges til det, den er bedst til.
Sådan læser du nyheder om kvantecomputere
- "Kvantefordel" på hvilken opgave? Mange demonstrationer bruger opgaver, der er designet til at være svære for klassiske computere, men ikke har praktisk værdi.
- Fysiske eller logiske qubits? Antallet af fysiske qubits siger ikke alene noget om, hvad maskinen kan.
- Hvor lav er fejlraten? Kvalitet betyder lige så meget som antal.
- Hvem siger det? Pressemeddelelser fra virksomheder og forskningsartikler med fagfællebedømmelse er ikke det samme.
- Hvornår? Tidshorisonter for praktisk nytte varierer meget og er usikre.
Opsummering
Kvantecomputere er en reel og lovende teknologi, ikke science fiction – men heller ikke en genvej, der snart løser kemiens og medicinens store problemer. De nærmeste år handler om at gøre maskinerne mere stabile og finde de første opgaver, hvor de gør en praktisk forskel. For forskningen er det et klassisk eksempel på, at vejen fra laboratorium til løsning kan være lang: se Forskningens vej.