UiB skal lære folket om kvante. Men hva er det?
Utviklere bør bry seg om kvanteteknologi, mener forskerne i Bergen. – Dette er en teknologi som kommer, og det kan være lurt å være forberedt på det.
Publisert
– Alt er tilfeldig på et visst nivå i kvante, sier Benjamin Landro.
Stipendiaten i kvanteteknologi viser kode24 veien inn i den trange kvantesensorlaben ved Institutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen.
Her lager de nanodiamanter som fungerer både som kvantebiter, de minste byggeblokkene i en kvantedatamaskin, og veldig nøyaktige sensorer. Målet er å oppdage kreft tidlig og navigere uten GPS.
Bak et svart forheng skimtes lysegrønne laserstråler i mørket. Landro tar på seg beskyttelsesbriller, fikler litt bak forhenget og trykker på knapper.
Så er kysten klar. Han slår på lyset, tar av seg brillene og drar vekk forhenget så også vi kan se.
– Vi kan med visse instrumenter påvirke tilfeldighetene på en så kontrollert måte at vi kan hente ut informasjon. Nå snakker jeg om kvantesensing, jeg kan ingenting om computing, sier Landro lett ironisk.
Det nye KI?
Henger du med? Kvanteteknologi er ikke så lett å forstå. Ikke en gang for Landro.
– Jeg skal si ifra om jeg forstår det. Det krever litt innsats. Har du utviklerbakgrunn, har du en fordel, fordi du har mye relevant når det gjelder matematikk, sier han.
Kvante kalles «det nye KI», skriver Forsvarets forskningsinstitutt. Kvanteteknologi vil revolusjonere verden, skriver forskningsinstituttet Sintef.
Ap-regjeringen satser 750 millioner kroner over fem år på programmet «Kvantespranget» og jobber med en kvantestrategi. Og denne uka går en nordisk kvante-konferanse av stabelen på OsloMet.
Men hva er kvante egentlig og hvorfor skal utviklere bry seg? kode24 har dratt til Universitetet i Bergen for å få svar.
Til høsten starter de nemlig et sivilingeniørstudium i kvanteteknologi.
Først møter vi Pinar Heggernes, senterleder for det splitter nye UiB Kvante, som er senter for kvanteforsking i Bergen. Hun er også professor ved Institutt for informatikk i Bergen.
– Er kvante det neste KI?
– Jeg pleier å si det. Det er litt hype. Hvor mange år det tar, ti eller tjue, er det veldig stor usikkerhet om, sier Heggernes.
Lyset flytter seg i biter
Litt definisjoner må til.
- Den grunnleggende enheten i kvanteteknologien kalles en qubit, eller kvantebit på norsk.
- I motsetning til vanlige bits som er enten 0 eller 1, kan kvantebit være både 0 og 1 samtidig, noe som kalles en superposisjon. Dette gir potensielt enorm regnekraft. Samtidig kan det være vanskelig å utvikle gode kvantealgoritmer for å utnytte potensialet.
- Når to eller flere partikler er nært forbundet uavhengig av hvor langt unna de er fra hverandre, kalles det sammenfiltring.
- Med effektene superposisjon og sammenfiltring kan man lage kvantedatamaskiner. De kan løse enkelte oppgaver mye raskere enn klassiske datamaskiner, for eksempel faktorisering av tall, som brukes til til å knekke kryptering.
Heggernes forklarer mer:
– For rundt 100 år siden oppdaget man at lyset ikke flyter i en jevn strøm, men at det flytter seg i små biter som har tilfeldig størrelse, i små kvanter. Det er det som heter diskré, pikselert, at det er sånne små bokser med stopp imellom. Inni atomet kan ting flytte seg fortere enn lysets hastighet.
Kvantedatamaskiner bygger på samme teknologien og tanken om at noe er tilfeldig, men at det likevel dannes mønstre, forklarer Heggernes.
– Vi klarer å observere og beskrive det, men har bare delvis teorier på hvorfor.
Det er ikke bare en kraftigere datamaskin.
Knekker kryptering
Mens Landro i kvantelaben forsker på kvantefysikkens muligheter, graver forskere ved informatikk-instituttet seg heller ned i kvanteberegninger.
Det er gjerne dette som er mest interessant for utviklere, påpeker hun. Informatikk-forskerne bygger teori rundt kvantealgoritmer og kvantecomputing.
Den praktiske bruken her kan ligge mange tiår fram i tid, mens kvantefysikken kan være i praktisk bruk om fem til ti år.
– Der kommer kvanteeksperten, utbryter Heggernes når førsteamanuensis Morten Øygarden møtter opp ved instituttdøra.
Han forsker på digital sikkerhet og postkvantekryptering. Altså hvordan kvantedatamaskiner påvirker datasikkerhet.
– Det er ikke bare en kraftigere datamaskin. Noen spesifikke oppgaver kan den løse bedre. Det er å finne gode bruksområder, da.
Selv om kvantedatamaskiner trolig kan løse store problemer, er det også en stor bekymring for at kvantedatamaskiner kan knekke dagens krypteringsmetoder, påpeker de to.
– Det er mange som er interessert i det, som etterretningstjenesten NSA. Dette er en gullgruve for dem om det blir utvikla før vi får skiftet om. Derfor er det snakk om implementering av postkvantekryptering innen 2030, sier Øygarden.
For virksomheter som drifter større IT-system er dette en langdryg prosess som bør være i gang allerede i dag
Derfor skal du bry deg
Så hvorfor skal utviklere bry seg om kvanteteknologi?
– Dette er en teknologi som kommer, og det kan være lurt å være forberedt på det, sier Heggernes.
– Det mest tidskritiske er «kvantemigrasjon», altså overgangen til postkvantekrypto som bør være ferdigstilt innen 2030. For virksomheter som drifter større IT-system er dette en langdryg prosess som bør være i gang allerede i dag, sier Øygarden.
Universitetet lokker programmerings-interesserte studenter med at man kan lære å lage «smarte algoritmer for optimering av logistikk eller energinettverk».
Videre skal man blant annet kunne jobbe med kryptografi og cybersikkerhet, eller forske innen kvantesimulering og utvikling av kvantedatamaskiner.
Informatikk-folka har ikke noen kvantedatamaskin å vise fram, slik OsloMet hadde da de åpnet i 2021. Dagens små kvantemaskiner man kan ha på kontor har for lite kapasitet til å være nyttig til beregninger, så UiB kjører heller simuleringer på kvantemaskiner og superdatamaskiner i skyløsninger, påpeker Heggernes.
– Per nå fins det ikke kvantedatamaskiner som er store nok til å løse interessante problemer raskere enn superdatamaskiner, men vi forventer at dette vil endre seg i nær framtid, sier Morten Øygarden, førsteamanuensis ved Institutt for informatikk.
Tips til utviklere
Derfor tar de kode24 med opp til Institutt for fysikk og teknologi, der de har egne laboratorier og mer fysiske ting å vise fram.
Der møter vi også stipendiat Benjamin Landro med sensor og laser, og Konrad Tywoniuk. Han er professor ved institutt for fysikk og teknologi, og studieleder for det nye masterprogrammet i kvanteteknologi.
Tywoniuk tipser utviklere som vil teste ut kvanteteknologien å prøve seg på IBMs kvanteprogrammeringsspråk Qiskit.
– Qiskit er et bra sted å begynne. Det ligner på Python, sier Tywoniuk.
– Du kan sette opp algoritmen din og kjøre på en klassisk emulator, en klassisk simulering, og på en ekte kvantedatamaskin. Da har du gratis tilgang til begrenset regnetid per måned, sier Tywoniuk.
– I tillegg tilbyr IBM og andre leverandører gratis regnetid på deres kvantemaskiner slik at det er mulighet til å øve seg, sier Heggernes.
Konkrete problemer
– Hvilke konkrete problemer kan man faktisk løse idag om man er nybegynner på kvante?
– Du lærer deg hva kvantebit er, og hvordan kvanteporter fungerer. Du kan droppe all fysikken. Kan du litt om lineære matriser og har litt programmeringsbakgrunn, skjønner du mye av hvordan kvanteprogrammeringen vil fungere. Ett problem vi vet kan løses bedre, er faktorisering av heltall, som er noe av det vi bruker mye i kryptering, sier Øygarden.
– Andre problemer å leke seg med er å simulere atomer eller molekyler. De har sine kvanteregler som de følger. Ellers kan man finne løsninger på optimeringsproblem, for eksempel handelsreisendeproblemet, eller beste måten å organisere logistikk på. Man kan kode det inn og prøve finne løsningen, sier Tywoniuk.
Lær mer om kvante-begreper her:
Foretrekk oss i Google Discover
Ved å legge oss til som foretrukket kilde i Google vil du blant annet få opp flere av sakene våre i Google Discover. Tusen takk for støtten!
