Kvantdatorer, som länge varit en teoretisk dröm, börjar nu bli verklighet. Denna nya typ av dator, baserad på kvantmekanikens lagar, har potential att revolutionera forskningen inom en rad områden. För att dessa datorer ska fungera krävs dock extrem kyla, nära den absoluta nollpunkten (-273,15 °C), vilket uppnås med hjälp av specialiserade kvantkylskåp. En annan stor utmaning är felhantering, eftersom de grundläggande beräkningsenheterna, kvantbitarna, är oerhört känsliga för störningar.

Kvantmekanikens möjligheter

Vad är det då som gör kvantdatorer så speciella? Jo, till skillnad från vanliga datorer, som använder bitar som representerar antingen 0 eller 1, utnyttjar kvantdatorer kvantbitar (qubits). En kvantbit kan, tack vare fenomenet superposition, befinna sig i en kombination av både 0 och 1 samtidigt. Dessutom kan kvantbitar vara sammanflätade, vilket innebär att de är länkade till varandra på ett sätt som gör att de delar tillstånd, oavsett avståndet mellan dem. Dessa kvantmekaniska egenskaper gör att kvantdatorer kan utföra vissa beräkningar exponentiellt snabbare än dagens bästa superdatorer.

Kraften i parallella beräkningar

Tänk dig att en kvantdator kan utforska alla möjliga lösningar på ett problem samtidigt, istället för att testa dem en efter en. Det är just denna parallella beräkningsförmåga som gör att kvantdatorer kan lösa vissa problem som är helt omöjliga för vanliga datorer att hantera.

Från dröm till verklighet

Länge var kvantdatorer mest en teoretisk möjlighet, men nu ser vi stora framsteg. Företag som IBM och Google, liksom forskningsinstitutioner världen över, rapporterar om alltmer avancerade kvantprocessorer. I Sverige pågår viktiga projekt, bland annat vid Chalmers tekniska högskola, där man bygger en svensk kvantdator med supraledande kvantbitar, och vid Lunds universitet, där forskare utvecklar nya sorters kvantkretsar baserade på ljus. Även i Uppsala pågår viktig forskning.

IBM:s framsteg och framtidsplaner

Ett stort steg togs när IBM presenterade sin “Eagle”-processor med över 100 kvantbitar. Men detta är bara början. IBM planerar att fortsätta öka antalet kvantbitar, med målet att nå 433 kvantbitar och senare över 1000 kvantbitar. Redan nu har IBM visat att kvantdatorer kan lösa praktiska problem, och enligt Dagens Nyheter har de löst ett fysikproblem som vanliga datorer inte klarar av. Fler och fler forskare börjar inse potentialen, vilket forskningen kring kvantteleportering vid Oxford University visar.

Nya möjligheter inom forskningen

Vad kan då kvantdatorer användas till? Möjligheterna är enorma, och de påverkar många olika forskningsområden. Några av de mest lovande är:

Materialvetenskapens framtid

Inom materialvetenskapen kan kvantdatorer användas för att simulera hur atomer och molekyler beter sig, med en precision som inte är möjlig med dagens datorer. Detta kan leda till att vi kan designa helt nya material med skräddarsydda egenskaper. Forskare vid Chalmers undersöker till exempel okonventionella supraledare, som potentiellt kan användas för att skapa majoranapartiklar. Dessa partiklar tros kunna möjliggöra en stabilare form av kvantberäkning, så kallad topologisk kvantberäkning. Även forskning vid Chalmers har visat att det går att kringå stora problem inom kvantberäkning.

Snabbare läkemedelsutveckling

Att utveckla nya läkemedel är en lång och dyr process. Kvantdatorer kan snabba upp detta genom att simulera hur olika molekyler interagerar med kroppen, vilket gör det lättare att hitta nya lovande mediciner mot till exempel cancer och Alzheimers.

Andra viktiga områden

Kvantdatorer kan också användas inom klimatforskning, för att skapa bättre och mer exakta klimatmodeller. Lunds universitet har dessutom tagit fram ekvationer som kan göra kvantdatorer mer effektiva. Logistik är ett annat område, där kvantdatorer kan hitta optimala rutter för flygplan och transporter. De kan också användas inom artificiell intelligens för att göra maskininlärning snabbare och skapa mer avancerade AI-system. Enligt forskning.se kan manipulerade ljuspartiklar ge bättre kvantdatorer. Inom kryptografi utgör kvantdatorer ett hot mot vissa av dagens krypteringsmetoder, de som bygger på att det är svårt att faktorisera stora tal. Detta driver på utvecklingen av kvantresistent kryptografi, som utvecklar metoder som är säkra även mot kvantdatorer.

Sveriges roll och utmaningarna

Trots de stora framstegen är det fortfarande en bit kvar innan kvantdatorer kan användas brett. Kvantbitar är mycket känsliga för störningar, vilket kan leda till fel i beräkningarna. Att bygga stabila kvantdatorer som kan korrigera fel är en stor teknisk utmaning. Forskare vid Uppsala universitet arbetar med att utveckla robusta kvantgrindar, en viktig del i att minska felen.

Svenska och globala initiativ

Sverige har en stark position inom kvantforskning. Wallenberg Centre for Quantum Technology (WACQT) vid Chalmers är en stor satsning som syftar till att bygga en svensk kvantdator. WACQT är en del av en större nationell satsning, och det pågår en global kapplöpning där länder och företag, inklusive jättar som Google och IBM, investerar stora summor i forskning och utveckling. För att Sverige ska fortsätta vara med i täten behövs en nationell strategi, mer pengar till utbildning och innovation, och ett nära samarbete mellan forskare och företag, enligt initiativet “En svensk kvantagenda”. Det internationella intresset är stort och Sverige behöver agera.

En spännande framtid

Kvantdatorns genombrott är början på en ny era inom vetenskapen. Med kvantdatorer kommer forskare att kunna lösa problem som tidigare varit helt omöjliga. Forskare hoppas kunna simulera molekylers interaktioner i detalj, vilket kan revolutionera läkemedelsutvecklingen. De kan också användas för att optimera komplexa system, som flygrutter eller energiförsörjning, och för att utveckla mer avancerade AI-system. Kvantdatorn kan komma att förändra vår värld på djupet – från hur vi designar nya material till hur vi förstår de mest grundläggande naturlagarna. Det handlar om en helt ny förmåga att förstå och påverka världen, och det är en oerhört spännande utveckling att följa, och det har redan börjat enligt Computer Sweden. Enligt Chalmers kan ett rekordkallt kvantkylskåp ge pålitliga kvantdatorer, och enligt Vetenskapsrådet kan svensk forskning inom kvantteknologi stärkas.