Kvantedatamaskiner vs tradisjonelle datamaskiner

Fra binær til quantum

Tradisjonelle datamaskiner bruker bits som grunnleggende enhet — de er enten 0 eller 1. Kvantedatamaskiner bruker derimot qubits (quantum bits) som kan være både 0 og 1 samtidig, en tilstand kalt superposisjon. Dette åpner for helt nye muligheter innen beregning som kunne endre industrien for godt.

Mens en vanlig datamaskin med 3 bits kan representere ett av 8 mulige tilstander av gangen, kan en kvantemaskin med 3 qubits representere alle 8 tilstander samtidig. Denne eksponentielle økningen i beregningskapasitet blir enda mer dramatisk når antallet qubits øker. For problemer som krever å søke gjennom enorme datamengder, har kvantedatamaskiner et enormt forsprang.

Teknologien er imidlertid ikke en erstatning for alle datamaskiner. Vanlige datamaskiner vil fortsatt være best for hverdagsoppgaver som e-post, nettleser og tekstbehandling. Kvantedatamaskiner er spesialiserte verktøy for spesifikke typer problemer.

Fysikken bak kvantekraften

Superposisjon er bare halvparten av historien. En annen nøkkelegenskap er entanglement — hvor qubits blir koblet sammen på en slik måte at tilstanden til en qubit øyeblikkelig påvirker de andre. Dette gjør det mulig å utføre komplekse beregninger på en måte som ville være umulig med klassisk logikk.

Problemet er at qubits er ekstremt skjøre. De minste forstyrrelser — varme, vibrasjoner, selv elektromagnetisk stråling — kan ødelegge deres kvantetilstand i et fenomen kalt decoherence. Dette er hvorfor kvantedatamaskiner må kjøles ned til temperaturer nær absolutt null, rundt -273°C. Selv under disse vilkårene kan man bare opprettholde kvantetilstanden i noen få hundretalls mikrosekunder før feil oppstår.

Forskning fokuserer nå på å øke kohesjonsstiden og redusere feilraten. Jo bedre vi blir på dette, desto lenger og mer komplekse beregninger kan kjøres uten at resultatet blir påvirket av kvantefeil.

Tall og trender

Markedet for kvanteberegning er i begynnelsesfasen, men veksten er eksponentiell.

Reell påvirkning på industrien

Kvantedatamaskiner lover å revolusjonere flere bransjer samtidig. Innen farmasi kan de akselerere utvikling av nye medisiner ved å simulere molekylære interaksjoner langt raskere enn dagens metoder. Energiselskaper kan bruke dem til å optimalisere kraftnett og elbil-lading. Finansinstitusjoner kan analysere markedsrisiko og porteføljer med hidtil usett presisjon.

I Norge ligger det store muligheter innen offshore-energi. Oljeselskaper og ernæringsstoff-industrien kan bruke kvantealgoritmer til å optimalisere komplekse prosesser. Også logistikk og transport — fra Vesterålen til Rogaland — kan få effektivitetsgevinster gjennom bedre ruteplaner og ressursstyring.

Sikkerhetsbransjen er også påvirket. Dagens kryptering forventes å bli knust av tilstrekkelig kraftige kvantedatamaskiner, noe som driver udviklingen av «kvantesikker» kryptering allerede nå.

Hvor er vi i dag?

Vi befinner oss i det som kalles NISQ-æraen — Noisy Intermediate-Scale Quantum. IBM, Google, IonQ og andre har prototyper med 50-1000 qubits, men disse maskinene er fortsatt unøyaktige og ustabile. Googles påstand om «quantum supremacy» i 2019 viste at kvantedatamaskiner kan løse visse problemer raskere enn klassiske datamaskiner, men problemene var kunstige benchmarks, ikke reell-verden-applikasjoner.

Cloud-tilgang gjør at forskere over hele verden kan eksperimentere. Universiteter og bedrifter kan ringe opp IBM, Google eller Amazon sine kvantedatamaskiner via internett og teste algoritmer. Dette demokratiserer forskningen, men det betyr også at vi fortsatt finner ut hva teknologien er egentlig god for.

I Norge satser Universitetet i Oslo og SINTEF tungt. UiO har sin egen kvantelaboratorium, og SINTEF samarbeider med industrien for å finne praktiske bruksfall. Små norske startup-selskaper eksperimenterer også med kvantealgoritmer for alt fra cybertryggeleik til finansmodellering.

Fremtidsblikk: Når blir kvantedatamaskiner relevant?

Eksperter estimerer at fullt funksjonelle, feilkorrigerte kvantedatamaskiner er 10-20 år unna. Det betyr at vi trolig ikke får «kvantedatamaskiner på skrivebordet» før tidlig 2040-tallet. Men forberedelsene må begynne nå. Bedrifter som vil dra nytte av teknologien bør begynne å eksperimentere, lære seg kvantealgoritmer og identifisere problemer som kan løses kvantemessig.

For Norge er det en sjanse til å være med fra starten. Vi har sterk matematikk- og fysikk-tradisjon, og et velfungerende forskningsmiljø. Hvis norske bedrifter og institusjoner satser på kvanteforskning nå, kan vi stå blant de ledende når teknologien modner.

Kvantedatamaskiner vil ikke erstatte normale datamaskiner. De blir spesialiserte instrumenter som vil være tilgjengelige via cloud for de som trenger dem. For flertallet av mennesker vil det største merket være de indirekte gevinstene — raskere medisin, klarere værvarsel, bedre energibruk og mer sikker internetthandel.