English version

OsloMets kvantehub

Ny teknologi innen kvante-databehandling er på trappene. Mange har fått med seg at det kan forandre verden. Men langt færre vet hvordan.

Studenter i et klasserom med en kvantedatamaskin og figurer på en skjerm i bakgrunnen.

Vi har etablert OsloMet Quantum Hub – «kvantehuben», for å vise frem hvordan denne teknologien kan være med på å endre verden. Vi ønsker å

  • tilby kvante-ekspertise – både for IT-studenter og næringsliv
  • nå ut utenfor akademia og industri med en melding om hvorfor kvanteteknologi er viktig og spennende – for alle
  • være et møtested for alle med kvante-interesse – et sted der nye samarbeid og idéer blir til

Kvantehuben er knyttet til forskningsgruppen Matematisk modellering og har en egen ledergruppe. Men det er selve nettverket av samarbeidspartnere, studenter, forskere, industripartnere og andre interesserte, som utgjør selve huben.

Hva er kvanteteknologi?

Kvantefysikken forklarer hvordan den materielle verden er skrudd sammen. Sånn sett er kvantefysikken noe vi ofte støter på. Vi møter også kvantefysikken daglig i form av teknologi.

Vi vet jo at lasere blir brukt til mye. De baserer seg på at kvantesystemer hopper synkront mellom to tilstander. Båndteori ligger til grunn for å lage transistorer og annen halvleder-basert teknologi, som blir til mye – å lage (vanlige) datamaskiner, blant annet.

Mange av oss har nok vært på sykehus og blitt undersøkt i en MR-maskin. En slik maskin baserer seg på partikler, som elektroner og atomkjerner, og har en kvante-egenskap kalt spinn (snl.no).

Kvantefysikken ligger også til grunn for de kraftigste mikroskopene vi har – tunnelerings-mikroskop. Med slike kan du faktisk se atomer.

Det at energien til atomer og molekyler er kvantisert, gjør at alle stoff har et slags fingeravtrykk som er unikt for stoffet. Dette gjør oss i stand til å identifisere ukjente substanser. Teknikker for å gjøre dette kaller vi spektroskopi med et samlenavn.

Kvantefenomen, som for eksempel sammenfiltring, blir også utnyttet til å gjøre ekstremt nøyaktige målinger. Sammenfiltring, entanglement på engelsk, blir også brukt innen kryptering og sikker kommunikasjon. Dette er eksempel på hvordan kvantefysikk blir brukt til å håndtere informasjon.

Og nå begynner vi å nærme oss det som blir kalt den andre kvante-revolusjonen: kvantedatabehandling.

Hva er kvanteberegninger (quantum computing)?

I tradisjonell databehandling er informasjon formulert som sekvenser av 0-ere og 1-ere – «bits». I en kvante-sammenheng kan vi tillate at hver bit har litt av både 0 og 1 i seg – samtidig.

Og viktigere: Når man setter sammen flere slike «kvantebits», kan man konstruere tilsvarende blandinger av alle mulige sekvenser av 0 og 1. Kvante-informasjonsmengden vokser ikke bare litt når man legger til flere bits – den vil dobles for hver kvantebit!

I en kvantedatamaskin kan slike blandinger av sekvenser bli prosessert i én beregning. I en slik prosess vil noen av bit-sekvensene forsterkes, andre vil nulles ut. Å utnytte disse mulighetene til å lage mer effektive algoritmer, er ikke gjort helt av seg selv, men det går an.

Mange eksempler finnes, og det jobbes stadig med å utvikle flere metoder og bedre kvantemaskiner. Når det stadig bygges større og mer presise kvantedatamaskiner, vil dette kunne endre verden – for alle, ikke bare for spesielt interesserte.

Hva er kvanteberegninger ikke?

En kvantedatamaskin er ikke en datamaskin som er raskere i seg selv. Og kvantealgoritmer er ikke vanlige algoritmer som har fått en «kvante-speedup».

Kvantedatabehandling er annerledes – mer generell. Og dette handlingsrommet kan utnyttes til å finne mer effektive løsninger på spesifikke problemer.

Du kommer ikke til å erstatte pc-en du har hjemme med en kvante-pc i nær framtid, sannsynligvis aldri. De spesifikke problemene som kan løses med kvante-fordel, hører stort sett hjemme i det vi kaller tungregning.

Heller ikke på dette området vil kvantedatamaskinene overta bruksområdet til vanlige datamaskiner fullstendig. Når kvantedatamaskiner kjører kvantealgoritmer, vil dette skje i parløp med klassiske datamaskiner.

Hva bruker vi kvanteberegninger til?

Kvantedatabehandling er en annerledes, mer generell, måte å behandle data på – en måte som tillater algoritmer som ikke kan kjøres på vanlige datamaskiner.

På en kvantedatamaskin kan visse problemer løses langt mer effektivt. Og i visse tilfeller vil kvantedatamaskiner kunne løse problemer som rett og slett ikke lar seg løse – noen gang – med tradisjonelle datamaskiner. Så hvilke algoritmer og problemer er det snakk om? Det er en hel dyrehage med kvante-algoritmer (quantumalgorithmzoo.org).

En av de viktigste, Shors algoritme, kan brukes til å faktorisere tall – og dermed finne høye primtall. Det høres kanskje nokså akademisk ut, men evnen til å finne høye primtall raskt vil kunne sparke beina under mye av krypteringsmetodene som blir brukt i dag.

Mange kvantealgoritmer, Shors algoritme inkludert, er slik at man trenger store kvantedatamaskiner med lite eller ingen støy for å kunne kjøre dem. Slike maskiner finnes ikke ennå. Men det finnes også algoritmer som tåler litt støy – og ikke trenger veldig mange kvantebits.

Mange av disse er relatert til optimering. Bedre, mer effektive metoder for optimering vil kunne ha store konsekvenser for hva man kan få til innen materialteknologi, logistikk og kunstig intelligens – bare for å nevne noen områder.

Men den mest direkte bruken av kvantedatamaskiner, er nok å beregne egenskaper for kvantesystemer som atomer og molekyler – altså til å simulere faktiske kvantesystemer. Dette var også motivasjonen for å lansere tanken om kvantedatamaskinen – en gang på 80-tallet. Også her er potensialet stort – innen, for eksempel, kjemisk industri og farmasi.

Hva er kvantefysikk?

I fysikken hadde man, i løpet av 1800-tallet, forstått at lys er en type bølger. Men på begynnelsen av 1900-tallet fant man ut at lyset også måtte oppfattes som partikler i visse sammenhenger.

Samtidig hadde man, omsider, forstått at materien bestod av partikler – atomer. På denne tiden kom den franske adelsmannen Luis de Broglie med følgende idé: Siden lys ikke bare er bølger, men også partikler, kanskje materie ikke bare er partikler men også er bølger?

Og han hadde rett!

Kvantefysikken, som beskriver små ting som nanostrukturer, molekyler, atomer, atomkjerner og enda mindre partikler, skiller seg fra tradisjonell fysikk på mange måter. Siden en partikkel også er en bølge, har den ikke – i utgangspunktet – noen bestemt posisjon eller fart.

«Sammenfiltring» (entanglement) er et annet pussig kvantefenomen: to «kvanteballer» kan godt være slik at den ene er rød og den andre er blå – uten at noen av ballene har en bestemt farge i utgangspunktet. Fargen blir derimot bestemt når vi observerer den. Men sett at vi observerer at den ene ballen er rød, hvordan kan da den andre umiddelbart vite at den må være blå – uavhengig av avstanden mellom dem?

En tredje «pussighet» er at bundne systemer bare kan bli observert med helt bestemte energier, energien er kvantisert. På den måten har hvert stoff sitt eget fingeravtrykk av mulige energier.

Utdanning i kvanteteknologi

Vi har blogg!

Har du lyst til å finne ut enda mer om oss og hva vi driver med?

Besøk kvantehub-bloggen (uni.oslomet.no)

Aktuelt

Tre ministrar står utanfor OsloMet saman med rektor og dekan på Fakultetet for teknologi, kunst og design.
Lanserte storsatsing på OsloMet

Regjeringa var godt representert då dei besøkte OsloMet for å presentere ei årleg satsing på 70 millionar kroner til forsking på kvanteteknologi.

Kvantedatamaskin med uklart bilete av ein person som sit tankefull ved sidan av.
Kvantemaskiner skaper trøbbel for finansnæringa

Medan tenestene til finansnæringa blir enklare og meir tilgjengelege for brukarane, blir tryggleiken forverra. Kunstig intelligens og utviklinga til kvanteteknologien er to av dei nye trugsmåla mot informasjonstryggleiken.

Portrett av Sølve Selstø med boka i hendene. Gatekryss i Pilestredet og grøne tre og rød murstensbygning i bakgrunnen.
Endeleg ei praktisk innføringsbok i kvantefysikk

Professor Sølve Selstø har skrive ei praktisk lærebok som gjev ei innovativ tilnærming til kvantefysikk, på prestisjeforlaget Cambridge University Press.

Student som sit med ryggen til og blikket vendt mot bærbar datamaskin, med illustrasjonar av atom og molekyl.
Derfor bør du vite meir om kvanteverda

Kvanterevolusjonen kan endre verda. Vidareutdanninga «Introduksjon til kvanteverda for nyfikne» gjev deg innsikt i korleis verda er skrudd saman, og korleis kvantedatamaskiner kan revolusjonere databehandling.

Bilete av Maryam som viser noko på kvantedatamaskinen til professorane Sergiy og Sølve som står på kvar si side av henne. På bordet framfor dei står de ei svart kvantedatamaskin.
Maryam hjelper Ruter å utforske kvanteteknologi

Kollektivselskapet Ruter vil gjerne vere føre i teknologiutviklinga, og tilsette ein nyutdanna masterkandidat for å utforske kvanteteknologi.

Bilete frå kvantelaben, med ei av kvantedatamaskinane til venstre, plakatar som presenterer forskingsprosjekt på veggen, og bokhylle og skerm til høgre. I framgrunnen eit bord med ein laptop.
Kvantedatamaskinane får sin eigen lab

OsloMet får no ein samlingsstad for alle som er interessert i kvantedatateknologi, ein eigen lab.

Kvantedatamaskin på svart bakgrunn.
– Norge henger etter i kvanteteknologi-kappløpet

Norge må ta grep nå før det er for sent, advarer ledende fagfolk innen kvanteteknologi.

Illustrasjonsbilde av kjemiske molekyler i hvitt på grå bakgrunn.
Her kan kvantedatamaskiner ha best muligheter

Kvantedatamaskiner kan bli svært nyttige i industrien. Mulighetene er best særlig på ett felt.

Illustrasjon av kloden sett fra verdensrommet. Stjernebildene med streker gjennom som grafiske elementer ligger over og rundt kloden.
De færreste vet hva kvanteteknologi er. Gjør du?

Mange har fått med seg at teknologien kan forandre verden, men få vet hvordan og hvorfor.

Portrett av Maryam Lotfigolian fra OsloMets campus i Pilestredet.
– Jeg vil være i spissen av den kommende teknologiske revolusjonen

Kvanteberegning er fremtiden, mener OsloMet-student Maryam Lotfigolian. Hun har ingen planer om å la kvanterevolusjonen, som hun er sikker på vil komme, gå fra seg.

Sølve Selstø, Sergiy Denysov, André Brodtkorb, Gustavo Mello, Pedro Lind og Laurence Habib fra Fakultet for teknologi, kunst og design poserer med den første kvantedatamaskinen, SpinQ.
OsloMet fikk Norges første kvantedatamaskin

OsloMet har innført de to første kvantedatamaskinene til landet og tilbyr landets eneste utdanning med kvanteprogrammering.

Bilde av Andre Laestadius framfor hvit tavle med matematiske formler.
Starter opp med europeiske prestisjemidler

Andre Laestadius tok med seg ettertraktede "ERC Starting Grant" for unge forskere da han kom til OsloMet høsten 2022.