Denne artikel stammer fra det trykte Computerworlds arkiv. Artiklen blev publiceret den Computerworld d. 1. april 2005.
Kvantecomputeren kommer. Den flytter hegnspælene længere ud, end fantasien rækker, og tager undervejs livet af kryptering, som vi kender den, for at erstatte den med kvantemekanik og atomer.
På væggen i Raymond Laflammes kontor hænger et billede af Stephen Hawking, den berømte kosmosforsker, som fra sin rullestol udlagde fantastiske teser om verdens opståen. Professor Laflamme tog sin doktorgrad i troldmandens værksted på Cambridge University, og Stephen Hawking måtte undervejs se sig korrekset i en videnskabelig pointe af lærlingen. Om end først efter mere end et års intellektuelt tovtrækkeri.
Den bare 44-årige canadiske forsker er nu leder af det relativt nyetablerede Institute for Quantum Computing (IQC) i Waterloo vest for Toronto. Undervejs fra Cambridge tilbragte han et par år ved Los Alamos Laboratories i USA, der så dagens lys som det hemmelige Manhattan Project før Anden Verdenskrig og udviklede atombomben, og som nu hører under USA's energiministerium.
Lokalt nævnes han som Canadas bedste bud på en Nobelpris i fysik. Hvad institutionen angår, har kun omkring et dusin universiteter i verden kvantecomputerforskning på et tilsvarende niveau. Ti fakultetsmedlemmer er kommet til, siden ICQ åbnede for to år siden. Yderligere 20 skal ansættes over de næste fire år i en målrettet canadisk satsning på udvikling af kvantecomputere. Laflamme selv er et væsentligt trækplaster for at tiltrække de fremmeste i feltet.
I kælderen under bygningen fortaber han sig i kæmpemagneter, spektrometre, elektroner og atomer. På sit kontor deler han gerne og levende sine tanker om kvantemekanisk forskning. Hans erklærede ambition er at tøjle kvanteverdenen.
Computere, telekommunikation og internettet er udsprunget af kvantemekanikken og dens nyttige "standardmodel". Tilsvarende er det globale positioneringssystem GPS den første kommercielle applikation af Einsteins relativitetsteori. Uden den nøjagtige teori for tid, afstand, masse og energi kunne man ikke nøjagtigt fastslå en geografisk lokation.
Raymond Laflamme ønsker sig en kvantecomputer. Et af udgangspunkterne er Moores lov om, at antallet af transistorer på en siliciumbaseret chip stiger eksponentielt og fordobles omtrent hver 18. måned. Den holder frem til 2010, vurderer han. Men så møder Moores lov muren. Og hvad så?
- Spørgsmålet er, hvornår transistorer kommer ned på størrelse med atomer. Når det sker, ændrer de fysiske love sig. Vi bevæger os derud, fordi teknologien skubber os derud, og vi prøver at bevare kontrollen. Men det kan vi kun med et nyt regelsæt. Fysikkens love ændrer sig simpelthen.
Det fransk-canadiske i Raymond Laflamme, der er født i Quebec, viser sig ikke kun i hans accent. Han taler også med hænderne, når han minder om, at kvantemekanikken blev opdaget i begyndelsen af det 19. århundrede og noterer, at man ikke før i 1950'erne begyndte at have tæmmet den. Først da begyndte elektromagnetismen at kunne bruges til noget, og 50 år senere kom produkterne i massevis.
- Tag lasere. Engang var de kolossale. I dag er de overalt - CD-afspillere for eksempel. Tag MRI, billeddannende magnetisk resonans, der først blev målt i 1948 og i dag er vidt udbredt klinisk og i forskning på hospitaler overalt i verden. Alt sammen hviler på det faktum, at atomkernen opfører sig som en magnet. Spørgsmålet er, hvordan den viden bliver brugt.
På en skala med grundforskning i den ene ende og anvendt forskning i den anden, befinder IQC sig et sted i midten. Man bedriver ikke ren grundforskning, men heller ikke den rent kommercielle variant.
- Opdagelser bliver ikke gjort, fordi der er et kommercielt ønske, behov eller mål, men fordi videnskabsfolk er nysgerrige. Først bagefter kommer ingeniørerne på banen.
Vi har ikke produkter på hylderne foreløbig. Husk, at det tog 15 år at samle den første computer, fra behovet viste sig under krigen, da man arbejdede med at knække fjendens koder og havde brug for maskiner til regnearbejdet. I begyndelsen af 50'erne kom så IBM og direktøren Thomas Watson, der blev berømt for bemærkningen om, at verdensmarkedet for computere nok var på omtrent fem enheder.
- Pointen er, at på mit felt lytter vi ikke til forretningsfolkene. De har en meget kort tidshorisont, erklærer Raymond Laflamme. Hvis næste pointe er, at både forretningsfolk og politikere snarere burde lytte en smule til forskerne.
- En kvantecomputer kan løse videnskabelige problemer. Den er sexet i videnskabelige sammenhænge, og vi kan falde i svime over alt, hvad den kan bruges til.
Men ude i virkeligheden skal man være opmærksom på de potentielle konsekvenser. En af dem er, at kvantecomputeren vil ødelægge brugen af kryptografi. Den vil knække alle koderne, fordi den arbejder så hurtigt. Kryptografi bliver forældet. Om 10-15 år vil vi kunne få adgang til alle eksisterende krypterede data. Vi vil kunne læse, alt hvad der er skrevet. Fortrolig information i både personlige, industrielle og sikkerhedsmæssige sammenhænge. På grund af skred i grundforskningen har både virksomheder og regeringer al mulig grund til at få lagt en strategi på 10-15 års sigt.
Tænk på bestræbelserne på at lægge patientjournaler på nettet - i krypteret form. Vi lukker op for en Pandoras æske af konsekvenser for datasikkerhed og -fortrolighed. Og jeg tror ikke, folk har tænkt tilstrækkeligt over det. De forstår det ikke helt.
Raymond Laflamme forstår at skabe spænding. Han holder en pause inden han løfter en flig af den mulige løsning, som er noget af det, IQC forsker i. Det er vel at mærke endnu mere kompliceret. For det handler om kvantemekanik - kvantefysik med et andet ord.
- Kryptografi handler altid om matematik. Det er matematikproblemer, som i vidt omfang er baseret på, at det er vanskeligt at faktorisere heltal. Med kvantecomputere og kvantemekanik overtager fysikkens love fra matematikkens. Det skift er vanskeligt. Med fysikken vil man sende fotoner - lyspartikler - fra a til b. Hvis en spion - en kvantehacker - har sneget sig ind imellem de to partikler, skal fotonerne finde en anden kanal, lyder den stærkt forenklede forklaring fra manden med atomerne.
Selv higer han efter en kvantecomputer for at få et redskab til at finde ud af, hvordan atomer virker.
- Det er ekstremt vanskeligt på almindelige computere. Med en kvantecomputer kunne vi gøre svimlende vilde ting, erklærer han med strålende øjne og et historisk perspektiv oppe i ærmet.
- Mennesker tøjlede første gang naturkræfter, da de fik magt over ilden. Fra at være en ødelæggende kraft blev den brugt til eksempelvis at lave redskaber. Det førte til agrarsamfundet og var en dramatisk forandring - starten på et egentligt samfund. På samme måde førte kontrollen med damp til den industrielle revolution
- Det er på den baggrund, at vi er så begejstrede for forskningen her. Man skal forstå magien og erkende, at der vil være ting, vi ikke umiddelbart kan forudse, forstå eller forklare, for vi har endnu ikke redskaberne til det, siger Raymond Laflamme.
Billedtekst:
handling Raymond Laflamme brænder igennem, når han fortæller om arbejdet med kvantecomputeren. Hans kolleger beretter, at han ikke lader sig standse af forhindringer i arbejdet. Da han manglede en tavle fra gulv til loft på sit kontor, og universitet ikke lige kunne skaffe den, mødte han op i weekenden med en hammer og byggede den selv.
Boks:
Kvantemekanikken og kvantecomputeren
Kvantemekanik er en gren af fysikken, som beskæftiger sig med stofs egenskaber på en lille skala. I 1900 foreslog Max Planck, at energi kan være kvantiseret, Einstein forklarede i 1905 den fotoelektriske effekt ved at postulere, at lysets energi er kvantiseret, og i 1913 forklarede Niels Bohr brintatomets spektrallinier ved at antage kvantiserede energitilstande. Den moderne kvantemekanik opstod i 1925, da Werner Heisenberg postulerede ubestemthedsprincippet.
Kvantemekanikken har fra starten forekommet uvirkelig, alt for besynderlig til at være sand. Den er baseret på sandsynligheder, inferensmønstre og tunneling (evnen til at bevæge sig fra a til b uden at passere det mellemliggende). Partikler i kvantemekanik er i stand til at være to steder eller i to kvantemekaniske tilstande på samme tid. Dette kaldes superposition.
Effekten er ofte beskrevet med tankeeksperimentet Schrödingers kat, opkaldt efter den filosofisk orienterede kvanteforsker Schrödinger, hvor en kat kan være levende og død på samme tid.
Kvantemekanik har ikke den intuitive vished som konventionel mekanik à la Newton, der baseres på håndfaste kvaliteter som kraft, acceleration og masse.
Efterhånden som vi nærmer os chipteknologiens grænser, nærmer vi os et nyt regime hvor kvantefysikkens love dominerer.
Kvantecomputeren er et apparat, der kan beregne ved hjælp af kvantefysiske sammenfiltreringer af kvantetilstande. Små kvantecomputere er allerede bygget. Hvor en klassisk computers hukommelse er lavet af bits, der hver kan lagre en af to mulige tilstande (typisk fortolket 0 og 1 af bekvemmelighedsårsager, beregninger udføres ved at manipulere disse bits) har en kvantecomputer en mængde qbits, der kan lagre de klassiske to tilstande eller en superposition af dem. Kvantecomputeren beregner ved at manipulere disse qbits.
Kilder: Netleksikon.dk og IBM
