Interview
Læsetid: 4 min.

Ned i universets maskinrum

Morten Kjærgaard bygger mikrochips, der kan få kvantepartikler til at lystre og, måske, revolutionere alt fra medicinsk forskning til grøn omstilling
Albert Einstein og Niels Bohr kom i sin tid op at toppes om det mysterium, som Morten Kjærgaard nu arbejder med at forstå: At kvantemekanikken på bestemte punkter ophæver andre gængse naturlove.

Thomas Nielsen

Indland
1. april 2016

Det er de færreste forskere, hvis arbejde er en direkte konsekvens af et skænderi mellem Albert Einstein og Niels Bohr. Men Morten Kjærgaard er en af dem.

Når han i sit laboratorium studerer koblingen mellem aluminium og stoffet indium arsenid, der ligger som atomtynd skiveost på et stykke rugbrød, er det et forsøg på at bøje kvantemekanikkens love til at lystre menneskets vilje. Og i sidste ende skabe supercomputere, som med kvantekraft kan ændre vores forståelse af verden.

Einsteins og Bohrs mundhuggeri handlede om, hvorvidt naturens gængse love ophører med at eksistere i kvantemekanikken, som beskriver de partikler, der udgør universets byggesten.

»Gud spiller ikke terninger,« vrissede Einstein – men det gør han, sagde først Bohr, og nu Morten Kjærgaard:

»En af årsagerne til skænderiet er spørgsmålet om ‘sammenfiltring’. Det handler om, at der kan være en gensidig afhængighed mellem elektroner. Hvis vi skyder to sammenfiltrede elektroner om på hver sin side af universet, og vi så ændrer den ene, vil den anden blive øjeblikkeligt påvirket. Ikke med lysets hastighed, men hurtigere. Øjeblikkeligt,« forklarer Morten Kjærgaard.

Ifølge Morten Kjærgaard er kvantecomputere potentielt det største informations-teknologiske gennembrud siden Anden Verdenskrig

Thomas Nielsen/100HEADS

»Det giver ikke mening efter den normale fysiks love, men Bohr forudså, at kvantepartikler har den slags mærkelige egenskaber. Og hvis vi kan kontrollere kvantepartiklerne og bruge disse egenskaber, kan vi bygge kvantecomputere, der kan revolutionere moderne informationsteknologi.«

Nutidens computere og smartphones er bygget op af processorer med millioner af bittesmå transistorer, der enten kan være tændte eller slukkede. 0 eller 1.

Morten Kjærgaard sammenligner det med morsekode, så når transistorerne klikker 0 eller 1, kan det aflæses som et sprog, der bliver til computerprogrammer.

Et tal kaldes en bit (1), mens otte tal er en byte (01001101).

Når computere år for år bliver hurtigere, skyldes det, at industrien lærer at bygge mindre og mindre transistorer, så der kan være flere på den samme plads.

Kvantetransistorer har en helt anden logik, fordi en kvantebit både kan være 0 og 1. Det skyldes en anden af kvantemekanikkens hjernecellevridende egenskaber: at kvantepartikler kan befinde sig flere steder på én gang. Fænomenet kaldes superposition, og sammen med sammenfiltring kan en kvanteprocessor regne eksponentielt hurtigere end en klassisk processor, forklarer Morten Kjærgaard:

»Mit ph.d.-projekt handler om at lave det tidlige stadie til en kvanteprocessor. Vi er et team på omkring 12 mennesker, der arbejder på det på Niels Bohr Institutet. Mit bidrag er, at jeg har været med til at udvikle et nyt materiale, hvor vi legerer aluminium oven på stoffet indium arsenid. Og det er nemmere sagt end gjort, når legeringen skal være 10 nanometer tyk.«

Praktisk foregår legeringsarbejdet i et lufttomt rum, hvor forskningsholdet pumper elektronskyer ind. Under særlige betingelser kan stofferne gro som mos på en overflade, men det har taget årevis at finpudse teknikken og materialet.

Det er svært at få universets byggesten til at lystre, men meget tyder på, at Morten Kjærgaard og kompagni er godt på vej:

»Kvantetransistorer er notorisk skrøbelige, men det materiale, vi har udviklet, lader til at være meget stabilt. Min videre forskning handler om at sende elektriske signaler gennem vores nye transistor og se, hvor godt den fastholder kvantedata. Hvis det også bliver en succes, vil jeg sprinte ned i laboratoriet og lave nye transistorer i døgndrift. For så står vi på randen af noget meget stort.«

I brechen med Google

Der findes fungerende kvantecomputere i dag, men hidtil er deres største bedrift at have regnet ud, hvad tre gange fem er. Men store teknologifirmaer som Microsoft og Intel er begyndt at lave gigantinvesteringer i kvantecomputere, og hos Google har man sine helt egne quantum engineers, der lige som Morten Kjærgaard udvikler kvantecomputere.

Og når industrien er begyndt at se lyset, tøver Morten Kjærgaard ikke med at kalde kvantecomputerne for »det største informationsteknologiske gennembrud siden Anden Verdenskrig«.

»Det vil aldrig blive sådan, at du vil have en kvantecomputer stående hjemme på skrivebordet. Men jeg kan forestille mig, at din egen computer kan sende svære udregninger op i ‘skyen’ til en kvantecomputer, som på et splitsekund kan løse opgaven for dig,« siger han.

Kvantemekanikken tillader nemlig helt nye metoder at lave udregninger med. Og det åbner op for kvantespring – ja, undskyld udtrykket – inden for andre videnskaber. Det gælder f.eks. medicinalindustrien, der i dag køber sig regnekraft hos verdens supercomputere for at udregne modeller for, hvordan man bedst ‘folder’ et protein. Men det kan også sætte skub i den grønne omstilling, forklarer Morten Kjærgaard:

»I dag laver vi – groft sagt – kunstgødning efter den samme kemiske proces, man har brugt i over 100 år, hvor du varmer kemikalier op til over 400 grader og lægger dem under 150 atmosfærers tryk. Det kræver vanvittig meget energi – cirka to procent af verdens samlede energiforbrug bruges på alene denne proces.«

»Det er et voldsomt energiforbrug, men vi mangler regnekraft, der kan hjælpe os til at finde mere effektive løsninger på denne kemiske proces. Det ligger helt uden for normale computeres regnekraft, men kvantefysikere har udviklet metoder til at regne på særlige kemiske processer. Dem kan vi sætte i gang i det øjeblik, vi har en bare nogenlunde fungerende kvantecomputer. Og mit ph.d.-projekt er et lille skridt på vejen mod at løse gåden.«

Følg disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritisk,
seriøs og troværdig.

Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her