Kvanteteknologi for alle – forskerne vil gjøre den mer demokratisk

Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Kunnskapen om teknologien må være tilgjengelig for alle, mener fysikere.

Fysiker Marianne Etzelmüller Bathen i renrommet på Mikro- og nanoteknologilaboratoriet. (Foto: Yngve Vogt, Apollon)

Alle skal kunne bruke kvanteteknologi, ikke bare noen få. Derfor er åpenhet om utvikling og bruk et viktig prinsipp, ifølge Marianne Etzelmüller Bathen.

Hun er fysiker ved Seksjon for materialfysikk og kvanteteknologi på Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved Universitetet i Oslo (UiO). 

Her forsker hun på defekter i halvledere. Halvledere, som for eksempel silisium, er materialer som leder strøm dårligere enn typiske metaller.

Defekter i halvledere er avvik fra den ideelle krystallstrukturen. Slike avvik kan påvirke materialets elektriske, optiske og mekaniske egenskaper.

Defekter i halvledere kan brukes som byggeklosser i kvanteteknologi. Slike byggeklosser, ofte kalt kvantebits eller q-bits, kan brukes til både kvantekommunikasjon, kvantedatamaskiner og kvantesensorer.

– Kompetanse innen kvantefysikk er krevende å opparbeide seg, og kvanteteknologi er en krevende teknologi å ta i bruk. Det må jobbes for å tilgjengeliggjøre kunnskapen og kompetansen slik at den ikke kun finnes i lukkede grupper, sier hun.

Beskrive verden på en annen måte

Kvanteteknologien kan deles inn i tre hovedområder: kvantekommunikasjon, kvantesensorer og kvanteberegninger. 

Det finnes en rekke forskningsområder under disse paraplybetegnelsene.

– Teknologien bygger på kvantefysikk, som beskriver naturlovene for verdens minste bestanddeler. Her er lovene helt forskjellige fra de klassiske fysiske lovene, forklarer Bathen.

Kvantefysikk er en samlebetegnelse på de teoriene og oppfatningene som vokste frem på tidlig 1900-tall der man innså at oppfatningen man hadde om verden, ikke stemte.

Fram til da var det mange som tenkte at Maxwells lover om bølgebevegelse og elektromagnetiske felt og Newtons lover om mekanikken og hvordan ting beveger seg, kunne forklare alt. Men med kvantefysikken viste det seg at vi er nødt til å beskrive verden på en annen måte.

– Når vi zoomer ned og ser på molekyler, atomer, elektroner, altså byggeklossene i naturen, ser vi at de ikke lenger oppfører seg så enkelt og rett frem som det vi er vant til. Ting oppfører seg ikke deterministisk. Vi må bruke sannsynlighetsberegninger for å regne ut hva som kommer til å skje. Jeg kan for eksempel regne ut sannsynligheten for at et elektron befinner seg et bestemt sted, men jeg kan ikke vite det sikkert før jeg måler.

Hun forteller at dette åpner for helt andre teknologiske muligheter enn hva man fikk til under den første den første store utviklingen innen kvanteteknologi. Den tiden ga oss blant annet transistoren og la grunnlaget for dagens digitale teknologi.

Stor betydning for vår hverdag

Kvanteteknologi omtales ofte som løsning på store samfunnsutfordringer. 

Medier og fagfolk tegner opp store vyer for satsinger i Norge og EU. Det skjedde også under arrangementet Kvanteteknologiens strategiske betydning, som nylig ble holdt av UiO, SINTEF, Oslo Science City og Kongsberggruppen.

En norsk kvantestrategi etterspørres fra flere hold, deriblant av Forskningsrådet. De skriver på sine nettsider at kvanteteknologi vil forandre verden. 

Direktør Mari Sundli Tveit i Forskningsrådet omtaler kvanteteknologi som kritisk for konkurransekraften:

«Den vil revolusjonere vårt syn på og bruk av maskiner, sensorer og digital kommunikasjon. Kvanteteknologiene vil få stor betydning for vår hverdag, næringslivets konkurransekraft og for nasjonal sikkerhet.»

Tveit mener at kvanteteknologier i kombinasjon med kunstig intelligens kan brukes til å utvikle nye medisiner, systemer for logistikk, finanstjenester med mer.

I NATOs kvantestrategi, som kom i fjor, ble det hevdet at teknologien kan bli en «game-changer» for sikkerhet, inkludert moderne krigføring.

– Demokratisering av kvanteteknologi er noe som mange er veldig opptatt av. Det er også en av grunnene for at jeg bruker halvledermaterialer som plattform for forskningen min, poengterer Bathen.

– Det fins mange måter å utvikle kvanteteknologi på, men mange av dem krever veldig dyr infrastruktur eller at man kjøler materialer ekstremt ned. Halvledere som jeg benytter i mitt arbeid, gir imidlertid mulighet for å bruke mye av den samme infrastrukturen som vi bruker i dagens digitale teknologi, noe som sannsynligvis vil kunne gjøre teknologien tilgjengelig for flere.

Satser på samarbeid

Vi står i dag overfor det som kalles den andre kvanteteknologiske revolusjonen. 

EU har siden 2018 satt av store summer til forskning på kvanteteknologi. Norge har foreløpig bevilget 70 millioner kroner per år til forskning på dette gjennom Forskningsrådet.

Norge har flere gode forsknings -og innovasjonsmiljøer innen kvantevitenskap og -teknologi. Det norske forskningsmiljøet for kvanteforskning er ikke stort, men i vekst. 

Et eksempel er det nye senteret CC-NorChip,  Norges første kompetansesenter for halvleder-, mikrobrikke- og sensorteknologi.

– Kompetansesenteret skal bidra til å sikre og forsterke norske teknologibedrifters konkurransekraft i samarbeid med Europa, forteller Vegard Standeren Olsen, fysiker ved Sintef og del av ledergruppen i senteret.

Senteret er et samarbeid mellom Sintef, NTNU, Universitetet i Oslo, Universitet i Sørøst-Norge, Universitetet i Tromsø og Electronic Coast. Det er finansiert av EU og Forskningsrådet.

Fysikerne Marianne Etzelmüller Bathen (UiO) og Vegard Standeren Olsen (Sintef) er opptatt av demokratisering av kvanteteknologi. (Foto: UiO)

Mindre avhengig av USA og Asia?

Kompetansesenteret er helt essensielt i arbeidet med å demokratisere teknologiutviklingen.

– Det er viktig å tilgjengeliggjøre kunnskapen og kompetansen som utvikles i Norge. Målet med CC-NorChip er å øke norske og europeiske selskapers konkurranseevne, innovasjon og teknologilederskap ved å ta i bruk avanserte teknologier og kapasiteter. For å få til dette er kompetanse helt avgjørende, forteller Olsen.

Et viktig mål for senteret er derfor også å øke bevisstheten rundt mulighetene som ligger i slike teknologier. De ønsker å nå fremtidens talenter gjennom konkrete prosjekter ved kompetansesenteret.

Det er satt opp 27 liknende kompetansesentre rundt omkring i Europa, i 25 forskjellige land. Disse kompetansesentrene er en del av det store europeiske initiativet som heter European Chips Act.

– Disse kompetansesentrene skal hjelpe Europa med å gjøre oss mindre avhengig av for eksempel USA og Asia for tilgang til avansert teknologi, forklarer Olsen.

Den viktige grunnforskningen

Kvanteteknologi er ennå en såkalt umoden teknologi. Grunnforskning er dermed helt avgjørende for å forstå hvordan de minste bestanddelene i kvantefysikken fungerer og hva vi kan bruke den til.

– Det gjenstår masse grunnforskning fortsatt, og det er viktig å være litt nyansert når man prater om teknologien. Men det er et veldig stort potensial i dette, mener Marianne Etzelmüller Bathen.

Hør episoden her: