Tenk deg en datamaskin så kraftig at den kan løse problemer dagens superdatamaskiner bare kan drømme om. En maskin som kan revolusjonere medisinutvikling, designe nye materialer og kanskje til og med knekke kodene som beskytter verdens digitale hemmeligheter. Dette er ikke science fiction, men løftet fra kvantecomputere – en teknologi som opererer på grensen av vår forståelse av fysikk. Og her hjemme i Norge er spennende ting på gang! Vi tar et dypdykk i hvordan norske forskere og myndigheter ruster seg for kvantefremtiden, bygger kompetanse og investerer i teknologien som kan forme morgendagen.
Kvanteteknologiens Verden: Mysterier og Muligheter
Grunnleggende prinsipper: Qubits, superposisjon og sammenfiltring
For å forstå hvorfor kvantecomputere skaper så mye begeistring, må vi se på hvordan de skiller seg fundamentalt fra datamaskinene vi bruker hver dag. Mens en vanlig datamaskin bruker ‘bits’ som enten er 0 eller 1 (som en lysbryter som er enten av eller på), bruker en kvantedatamaskin ‘kvantebits’ eller ‘qubits’. Det magiske med en qubit, takket være kvantemekanikkens underlige lover, er at den kan være både 0 og 1 samtidig! Dette kalles superposisjon. Tenk deg en mynt som spinner i luften – den er verken kron eller mynt før den lander. En qubit er litt sånn, den eksisterer i en sky av muligheter inntil den måles. Når du i tillegg kobler sammen flere qubits gjennom et fenomen kalt ‘sammenfiltring’ (entanglement), hvor de på mystisk vis blir knyttet sammen og deler skjebne uansett avstand, får du en regnekraft som vokser eksplosivt med antall qubits. Som nevnt i en artikkel fra Aftenposten Innsikt, kan bare 300 qubits teoretisk representere flere tilstander enn det finnes atomer i universet! Dette åpner for helt nye måter å løse visse typer problemer på, problemer som er altfor komplekse for klassiske datamaskiner. Du kan lese mer om det grunnleggende i Store norske leksikons artikkel om kvantedatamaskiner.
Utfordringer: Støy, dekoherens og NISQ-maskiner
Men det er ikke bare enkelt. Kvantecomputere er utrolig følsomme for forstyrrelser fra omgivelsene – den minste vibrasjon, temperatursvingning eller elektromagnetisk stråling kan ødelegge den skjøre kvantetilstanden. Dette problemet kalles kvantedekoherens, og det er en av de største hindringene. Det er som å prøve å holde en såpeboble intakt i en storm. Mange av de mest avanserte kvantecomputerne, som de Google og IBM utvikler basert på superledende kretser, må derfor kjøles ned til temperaturer nær det absolutte nullpunkt (-273 °C) for å minimere denne ‘støyen’. De kvantecomputerne vi har tilgang til i dag kalles ofte NISQ-maskiner, som står for ‘Noisy Intermediate-Scale Quantum’. Dette betyr at de har et begrenset antall qubits (intermediate-scale – typisk fra 50 til noen få tusen) og er utsatt for en del støy (noisy), noe som begrenser kompleksiteten og lengden på beregningene de kan utføre. Likevel er de uvurderlige verktøy for forskning og utvikling, og gir oss muligheten til å utforske kvantealgoritmer og lære hvordan vi kan håndtere støy og bygge bedre maskiner i fremtiden.
I Norge har vi faktisk våre egne eksempler: OsloMet – Storbyuniversitetet anskaffet i 2021 Norges to første kvantedatamaskiner, kalt Hugin og Munin etter Odins ravner. Det som er spesielt med disse, er at de opererer ved romtemperatur, noe som er uvanlig. Teknologien bak er basert på kjernemagnetisk resonans (NMR), lignende den i MR-maskiner på sykehus. Selv om denne teknologien ifølge forskning.no ikke lar seg skalere til veldig store kvantedatamaskiner, og maskinene ved OsloMet ‘bare’ har henholdsvis to og tre qubits, spiller de en avgjørende rolle. Erfaringen fra disse maskinene, som fremhevet ved OsloMet Quantum Hub, gir studenter og forskere unik praktisk innsikt i hvordan disse NISQ-maskinene fungerer i praksis, inkludert deres begrensninger og støyproblematikk. Dette er helt essensielt for å bygge norsk kompetanse og forstå både mulighetene og utfordringene ved dagens kvanteteknologi.
Revolusjonerende potensial i forskning og industri
Potensialet til kvantecomputere er nesten svimlende. Forestill deg å kunne simulere nøyaktig hvordan molekyler oppfører seg. Dette kan revolusjonere utviklingen av nye medisiner, slik at vi raskere kan finne kurer mot sykdommer, eller designe skreddersydde materialer med helt nye egenskaper – tenk superlette og sterke materialer for flyindustrien, mer effektive batterier, eller bedre katalysatorer for grønn energiproduksjon. Innen finans kan kvantecomputere optimalisere investeringsstrategier og risikovurderinger på måter som er utenkelige i dag. De kan også gi et enormt løft til kunstig intelligens og maskinlæring ved å analysere enorme datasett og finne mønstre vi ellers ville gått glipp av. Et eksempel, fremhevet i forskningen ved OsloMet, er potensialet for å analysere store mengder pasientdata for å raskere identifisere optimale behandlingsstrategier. Det handler om å takle kompleksitet på et helt nytt nivå. Selv om vi ikke har maskiner som kan løse alle verdensproblemer ennå, ser vi allerede praktiske anvendelser, som da Ruter brukte kvanteteknologi til å optimalisere billettkontrollen.
Sikkerhetsutfordringen og jakten på kvantesikkerhet
Men denne enorme regnekraften har også en potensiell bakside, spesielt når det gjelder digital sikkerhet. Mye av dagens kryptering, som beskytter alt fra nettbank og e-post til statshemmeligheter, baserer seg på metoder som RSA og Diffie-Hellman. Sikkerheten til disse hviler på at det er ekstremt vanskelig og tidkrevende for vanlige datamaskiner å løse visse matematiske problemer, som å faktorisere veldig store tall (finne primtallene som ble ganget sammen for å lage en offentlig nøkkel). Problemet? En tilstrekkelig kraftig kvantedatamaskin, ved hjelp av en smart algoritme utviklet av Peter Shor allerede på 90-tallet, kan i teorien utføre denne faktoriseringen relativt enkelt og raskt. Som kryptologer ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) diskuterer, utgjør Shors algoritme en reell trussel mot mye av dagens asymmetriske kryptering.
Dette leder til den alvorlige trusselen kjent som ‘høst nå, dekrypter senere’. Ondsinnede aktører kan allerede i dag samle inn og lagre store mengder kryptert data (for eksempel sensitiv kommunikasjon eller forretningshemmeligheter). Selv om de ikke kan lese dataene nå, satser de på at de i fremtiden vil få tilgang til en kraftig nok kvantedatamaskin som kan bryte dagens kryptering og dermed låse opp informasjonen som ble ‘høstet’ tidligere. Bekymringen er såpass stor at Nasjonal sikkerhetsmyndighet (NSM) allerede anbefaler virksomheter med høye sikkerhetsbehov å starte overgangen til det som kalles post-kvantekryptografi (PQC). Dette er en ny generasjon krypteringsmetoder designet for å være sikre mot angrep fra både dagens datamaskiner og fremtidens kvantecomputere. Kappløpet mellom utviklingen av kvantecomputere og utviklingen av kvantesikker kryptografi er derfor en av de store drivkreftene bak den globale satsingen på feltet. Selv om ikke all kryptering er like sårbar (symmetrisk kryptering som AES er mer robust, selv om Grovers kvantealgoritme kan svekke den noe), er behovet for nye standarder presserende. Utviklingen går raskt, og som påpekt av forskere ved blant annet Universitetet i Sørøst-Norge (USN), må vi forberede oss på en fremtid der dagens internettinfrastruktur kan bli sårbar.
Norges Kvantesatsing i et Globalt Perspektiv
Nasjonal strategi og økte investeringer
Norge har definitivt våknet til kvanteutfordringen og -muligheten. Det er en økende erkjennelse av at vi må være med på dette teknologiske skiftet for å sikre fremtidig konkurransekraft og nasjonal sikkerhet. Et tydelig signal kom i 2024 da regjeringen annonserte en årlig bevilgning på 70 millioner kroner (omtrent 6,6 millioner USD) til kvanteteknologisk forskning, som en del av statsbudsjettet. Denne betydelige statlige investeringen ble lansert ved OsloMet Quantum Hub, et senter som har blitt et viktig knutepunkt for kvanteforskning i Norge. Til stede var ministre fra både digitaliserings-, forsvars- og forskningsdepartementene, noe som understreker den brede strategiske betydningen av kvanteteknologi for landet. Som digitaliseringsminister Karianne Tung uttalte under lanseringen, omtalt av The Quantum Insider, kan kvanteteknologi bidra til å løse store samfunnsutfordringer som klimaendringer og utvikling av ny medisin, mens forsvarsminister Bjørn Arild Gram vektla viktigheten for sikker kommunikasjon.
Denne satsingen bygger videre på tidligere initiativer og strategisk arbeid. Nettverket QC Norway, som samler norske forskningsinstitusjoner og industripartnere, har spilt en viktig rolle. Deres workshop i 2022 og påfølgende posisjonsdokument om en norsk strategi for kvantecomputing (også tilgjengelig på norsk) har vært viktige bidrag til å definere nasjonale behov og ambisjoner innen feltet. Dette arbeidet understreker behovet for en nasjonal tilnærming i møte med den raske internasjonale utviklingen.
Bygging av infrastruktur og forskningsmiljøer
Parallelt jobber Norges forskningsråd aktivt med å styrke den nasjonale infrastrukturen. En utlysning i 2025 med en ramme på 43 millioner kroner er øremerket videreutvikling av eksisterende forskningsinfrastruktur innen nøkkelområder som kvanteberegning, kvantesensorer og kvantekommunikasjon. Målet er å gi norske forskere tilgang til moderne verktøy og fasiliteter, fortrinnsvis ved å bygge videre på ressurser som allerede er anerkjent gjennom Norsk veikart for forskningsinfrastruktur. Dette skal sikre at infrastrukturen blir av bred nasjonal interesse og løfter norsk forskning internasjonalt. Samarbeid er også sentralt, og Gemini Center on Quantum Computing, et samarbeid mellom Universitetet i Oslo (UiO), NTNU og SINTEF, er et eksempel på hvordan norske institusjoner går sammen for å styrke feltet og bygge bro mot industrien, som rapportert av The Quantum Insider.
Utdanning og kompetansebygging for fremtiden
Investeringer i maskinvare og infrastruktur er viktig, men uten dyktige folk kommer vi ingen vei. Derfor er utdanning og kompetansebygging helt sentralt. OsloMet har tatt ledelsen med landets første utdanningsprogram i kvanteprogrammering, og ved Universitetet i Oslo tilbys emnet MAT3420 – Kvanteberegning, som gir studentene det matematiske grunnlaget de trenger for å forstå og utvikle kvantealgoritmer. Andre institusjoner følger etter. Ved Universitetet i Sørøst-Norge (USN) har de en dedikert forskningsgruppe for kvanteteknologi som jobber med teoretiske og matematiske aspekter, blant annet innen kvanteoptomekanikk, makroskopisk kvantefysikk og fundamentale kvantespørsmål. Deres deltakelse i europeiske nettverk som QuantERA, med prosjekter som QuaSeRT og MQSens, viser at norsk forskning kobler seg på internasjonale samarbeid. Selv om Skandinavia som helhet, med sterke miljøer også i Danmark, Sverige og Finland, har kommet lenger på enkelte områder (som Danmarks store investering i en nasjonal kvantedatamaskin og Sveriges WACQT-senter), viser disse norske initiativene at vi bygger et stadig sterkere økosystem for kvanteteknologi.
Norges rolle og utfordringer i det globale kappløpet
Det er ingen tvil om at kvantecomputere representerer en teknologisk revolusjon på linje med de første datamaskinene eller internett. Googles demonstrasjon av “kvanteoverlegenhet” i 2019, hvor deres Sycamore-prosessor løste et problem på minutter som ville tatt verdens raskeste superdatamaskin tusenvis av år (selv om de nøyaktige tallene ble diskutert), var en viktig milepæl som viste potensialet. Samtidig er veien frem mot stabile, feiltolerante kvantecomputere – maskiner som kan korrigere sine egne feil – lang og full av tekniske utfordringer. Støy og dekoherens er fortsatt store hindringer som krever banebrytende forskning innen materialvitenskap, kjøleteknologi og kvantefeilkorreksjon.
For Norge handler det om å finne vår nisje i dette globale kappløpet, der land som USA og Kina, samt EU gjennom sitt Quantum Flagship-initiativ, investerer tungt. Vi har sterke forskningsmiljøer innen fysikk, matematikk og informatikk, og en teknologisk avansert industri innen sektorer som energi, maritim og materialer, hvor kvanteteknologi kan få stor betydning. Utfordringen ligger i å bygge videre på dette grunnlaget, sikre tilstrekkelig og langsiktig finansiering, utdanne nok eksperter og fremme samarbeid mellom akademia og næringsliv. Som Teknologirådet påpeker, er kvantemaskiner kostbare og krever spisskompetanse. Vi må unngå at dette blir en teknologi forbeholdt de aller største globale aktørene. Tilgang til infrastruktur, for eksempel via skybaserte plattformer som tilbys av selskaper som IBM, Google og IonQ (det første børsnoterte kvanteselskapet), blir viktig for at også norske bedrifter og forskere skal kunne eksperimentere og innovere uten å måtte bygge egne, dyre maskiner.
Mot kvantehorisonten: Norges reise inn i det ukjente
Reisen inn i kvanteteknologiens tidsalder har så vidt begynt, og det er umulig å forutsi nøyaktig hvor den vil føre oss. Vil kvantecomputere løse klimakrisen? Gi oss evig sikre kommunikasjonskanaler gjennom kvantekryptografi? Eller åpne dører til en forståelse av universet vi i dag ikke kan forestille oss? Det vi vet er at potensialet er enormt, og at nysgjerrighet, investering og samarbeid er nøkkelen til å låse det opp. Norges satsing på kvanteforskning og -utdanning, fra de første maskinene på OsloMet til de nasjonale strategiene og forskningsprogrammene finansiert av blant annet Forskningsrådet, er et avgjørende skritt på denne reisen. Det handler om å bygge kunnskapsberedskap, tørre å utforske det ukjente, og sikre at Norge kan gripe de utrolige mulighetene som ligger gjemt i kvanteverdenens bisarre og vakre lover. Fremtiden er kvantemekanisk, og Norge er med på ferden!