KTH, som i september presenterade en ny superdator som kommer att bli den mest kraftfulla i Norden, är ett av universiteten som forskar om kvantdatorer. I maj i år visade professor Michelle Simmons på centrum för kvantdatorteknik vid University of South Wales i Australien upp en kvanttransistor som kan bli en hörnsten i kommande kvantdatorer. Transistorn är endast sju atomer bred. En kvantdator kan få enormt mycket större beräkningskapacitet än traditionella datorer och därmed ha stor betydelse för bland annat läkemedelsforskning. Nobelpristagaren Richard Feynman talade om kvantsystem redan på tidigt 1980-tal.
Gunnar Lundmark, Torsten Blackwood/AFP, SCANPIX
Det finns en del forskningsområden som fascinerar mer än andra. Kvantdatorer kan utan tvekan räknas in i den gruppen.
Det är en helt ny typ av datorer som i ett slag skulle förändra förutsättningarna för vad vi kan göra på viktiga områden. Kvantdatorerna ger helt enkelt löften om en enorm datakraft som man kan använda för att lösa problem som det inte på rimlig tid går att hantera med de vanliga datorer vi använt oss av de senaste 60 åren. Löftena blir ännu mer lockande eftersom våra traditionella metoder att bygga upp datachipen börjar gå mot sin gräns där det inte går att krympa kretsarna ytterligare.
Så det väckte viss uppmärksamhet när en internationell grupp forskare, ledda från universitetet i Bristol, Storbritannien, i mitten av förra månaden meddelade att de utvecklat ett kisel-baserat chip som kan använda sig av kvantpartiklar för att utföra komplexa beräkningar. Enligt forskarna kan deras resultat leda till att vi får en ny snabbare väg fram till färdiga kvantdatorer.
– Tidigare har man räknat med att det dröjer åtminstone 25 år innan kvantdatorer blir verklighet. Vi tror att om man använder vår teknik kan vi inom mindre än tio år få kvantdatorer som klarar av att göra beräkningar som går utöver vad dagens konventionella datorer klarar av, säger professor Jeremy O’Brien vid universitet i Bristol i en skriftlig kommentar.
Begreppet kvantdator dök upp i början av 1980-talet när Nobelpristagaren Richard Feynman förde fram tankar på att låta kvantsystem göra beräkningar. Men det var först i mitten av 1990-talet som forskningen tog fart när bland andra Peter Shor vid Bell Labs i USA tog fram en användbar algoritm, en procedur för hur man ska utföra en beräkning, som skulle fungera med en kvantdator.
Skillnaden mellan en vanlig traditionell dator och en kvantdator är stor. En vanlig dator arbetar med en bit som minsta enhet och den kan anta värdet ett eller noll. Strömmen är antingen på eller av och det är kombinationen av ettor och nollor som styr hur datorn arbetar.
I en kvantdator bearbetas och lagras informationen istället enligt kvantfysikens principer. Strömmen är på eller av eller både och samtidigt. Minsta enheten är en kvantbit och den kan anta flera värden på en gång. Det gör också att en kvantdator kan processa mycket större mängder information med färre beräkningssteg.
Det här är nu inte speciellt lätt att begripa sig på. Att något intar flera värden samtidigt låter ungefär som att möta en kvinna som både är gravid och samtidigt inte är det.
– Även för oss som håller på med det varje dag kan det vara svårt att ta till sig. Den klassiska fysiken pratar om partiklar (som en boll) eller om vågor (som ljud och ljus). Det är saker vi känner igen.
– Inom kvantfysiken beskriver man mycket små objekt som kan vara en partikel eller en våg, och vad det är bestäms ibland av hur vi tittar på eller mäter systemet, säger Per Delsing, professor i experimentell fysik vid Chalmers tekniska högskola.
Än så länge handlar arbetet med kvantdatorer om ren grundforskning. Företag som IBM och Microsoft har visserligen egen forskning på området och bakom forskarna i Bristol finns bland annat Nokia och Toshiba, men det handlar ändå om grundläggande forskning för att försöka förstå området.
Arbetet drivs också enligt flera olika linjer. Per Delsing forskar till exempel kring supraledande kretsar där man måste arbeta nära den absoluta nollpunkten på -273 grader. Andra arbetar med jonfällor eller bäddar in olika störämnen i kiselsubstrat och så vidare.
– Ett stort problem är att de olika lösningar som visats upp inte är skalbara (så att de kan byggas ut från väldigt liten till större skala). Just nu är det faktiskt inte någon som vet hur en färdig lösning för kvantdatorer skulle kunna se ut, säger professor Gunnar Björk som forskar inom kvantoptik och kvantelektronik.
Han pekar också på en annan stor utmaning. Det krävs en helt ny typ av mjukvara, dataprogram, för att man ska kunna utnyttja en kvantdator.
– Man ska också ha klart för sig att kvantdatorn inte blir någon universalmaskin. Våra vanliga datorer kan vi ju använda för en rad olika saker beroende på vad vi har för program i dem. Kvantdatorn måste specialbyggas för olika uppgifter och det gör att den aldrig blir någon massmarknadsprodukt, säger Gunnar Björk.
Fast bland forskarna finns det olika åsikter, både kring om den kan bli en universalmaskin och om man redan nu egentligen vet hur den skulle kunna se ut. Däremot ser man att kvantdatorn i framtiden kan få stor betydelse på flera områden.
Men det dröjer. Både Per Delsing och Gunnar Björk gissar att det snarare handlar om 30 än om tio år till innan det kommer fram en kvantdator som är mer effektiv än en traditionell dator.
– Vi kanske aldrig får fram någon kvantdator. Men vi kan nog ändå vara säkra på att forskningen kring kvantdatorer åtminstone kommer att leda fram till en massa annat som vi kan ha nytta av på andra områden, säger Per Delsing.
