Tror Norge kan ta en ledende rolle med kvanteprogramvare

Dagens datamaskiner og lasere er frukter av den første kvanterevolusjonen, muliggjort av pionerer som Max Planck, Albert Einstein og Niels Bohr. Nå er vi i starten av neste bølge: kvantedatamaskiner og kvantekommunikasjon, som utnytter fenomener som superposisjon og sammenfiltring.

Flere forskere Digi har snakket med, mener Norge har gode forutsetninger for å hevde seg internasjonalt.

Kvantekraft med tre grener

– Kvanteteknologi er anvendelsen av kvantemekanikk på reelle problemer. Den gir oss nye måter å regne, måle og kommunisere på, sier professor Carlos Cid, direktør ved Simula UiB.

Han peker på tre hovedområder: kvantedatabehandling, kvantekommunikasjon og kvantesensorer – alle med potensial til å revolusjonere teknologi og samfunn.

(U)sikker krypto

En særlig omtalt utfordring er at kvantedatamaskiner på sikt kan knekke det som har vært oppfattet som sterke og trygge krypteringsalgoritmer.

– Hvis man klarer å bygge store nok kvantedatamaskiner, kan man implementere algoritmer som allerede finnes, og som gjør det mulig å knekke dagens kryptering, sier Cid.

Sikkerheten til kryptert innhold, alt fra sivil kommunikasjon, betaling og transaksjoner til militært samband og statshemmeligheter, er med andre ord truet av fremtidige kvantedatamaskiner.

Utvikling av nye algoritmer for kvantesikker kryptografi vil trolig være avgjørende for å beskytte sensitiv informasjon på et tidspunkt.

Det er også kjent at aktører kan lagre kryptert informasjon i dag i håp om å dekryptere den senere. Derfor haster det, selv om dette kanskje ligger 10–25 år frem i tid.

Applauderer en norsk strategi

Han mener det er riktig tidspunkt for Norge å lansere en nasjonal kvantestrategi i 2026, slik regjeringen nå varsler.

– Vi er ikke for sent ute. Finland publiserte nettopp sin strategi, og Danmark har allerede en. Det viktigste er å skape et økosystem, gjerne i nært samarbeid i Norden – for å tiltrekke oss unge talenter og forskere utenfra. En strategi gir retning og gjør det mulig for folk å satse karrierene sine på dette, sier Simula-professor Carlos Cid.

– Hvor bør Norge satse, nå som regjeringen har varslet en nasjonal strategi for kvanteteknologi klar til neste år?

– Norge har tradisjoner innen programvareutvikling, algoritmer og sikkerhet. Og dette er områder vi mener strategien bør prioritere for videre vekst, sier Cid.

Han trekker også fram Norges skipsfart eller martim næring, vår strategiske posisjon i Arktis og Oljefondet, som andre gode eksempler på områder der han tror kvanteteknologi kan få stor betydning.

– Hvor langt er vi unna reell innovasjon i Norge – med tilhørende etablering av nye arbeidsplasser, gjennom en satsing på slik teknologi?

– Jeg tror det kan gå veldig fort. I Finland finnes det allerede oppstartselskaper som bruker kvanteprogramvare for legemiddelutvikling. Hvis vi bygger utdanning og økosystem, vil innovasjonen komme. Vi ser allerede bruk av kvantedatamaskiner i skyen, for eksempel fra IBM. Kollektivselskapet Ruter anvender slik teknologi i praksis for å optimaliserer transport og ruteplanlegging, sier han.

Etterlyser næringslivet

Denne uken inviterte Simula, i samarbeid med Oslo Met, Sintef og Sigma2 til en to dagers workshop og konferanse, som samlet ledende eksperter og aktører innen kvanteteknologi for å diskutere utviklingen og en kommende kvantestrategi i Norge.

Regjeringen har satt av 70 millioner kroner årlig i økt satsing på dette over de neste ti årene.

– Det er i hvert fall en begynnelse. I Sverige og Danmark har store investeringer kommet fra private stiftelser som Novo Nordisk og Wallenberg. I Norge har vi færre slike aktører. Det må tas grep for å få næringslivet mer på banen, spesielt innen energi og industri, sier Simulas forskningsleder Are Magnus Bruaset står i spissen for arrangementet.

Kvanteteknologi, kanskje sammen med kunstig intelligens, er teknologiretninger der en bør ha forventninger til at store norske industribedrifter investerer, mener han.

Forskningslederen mener Norge har gode forutsetninger for å hevde seg innen kvanteteknologi – særlig i energisektoren, både innen fossil og fornybar. Han understreker at en nasjonal strategi likevel må favne bredt og inkludere alle tre hovedområdene: kvantesensorer, kvantekommunikasjon og kvanteprosessering – og at disse må ses i sammenheng.

– Du må se på hele verdikjeden for å være slagkraftig, konstaterer Bruaset.

Fortsatt et stykke frem

Han viser til Equinor som eksempel, med komplekse prosesser og beregningsbehov nært knyttet til kjemi og logistikk. Når slike aktører begynner å samle kvanteinformasjon via sensorer, må dataene overføres og prosesseres i kvantetilstand for å bevare all informasjon.

– Så snart du flytter den kvanteinformasjonen inn til et klassisk domene, enten det er for datakommunikasjon eller -prosessering, så mister du informasjon. Det er veldig viktig å tenke helheten, hele veien, sier Bruaset.

En full realisering av potensialet i kvanteteknologi ligger stadig litt fram i tid, men Bruaset tror tidsspennet frem mot realisering er i ferd med å skrumpe inn. Finske Algorithmiq tror kvanteteknologi i løpet av et års tid kan anvendes til å utføre ting som ville vært svært vanskelig, kanskje til og med umulig, å gjøre på en klassisk datamaskin.

Et helt nytt paradigme

Shaukat Ali, sjefsforsker ved Simula og ekspert på kvanteprogramvare, leder en avdeling som utvikler verktøy for programvare til kvantedatamaskiner – kjernen i fremtidige anvendelser.

– Kvantedatamaskiner er fullstendig forskjellige fra klassiske maskiner. Alt vi vet om programmering må tenkes på nytt, sier Ali.

Han peker samtidig på det gryende samspillet mellom kunstig intelligens og kvanteteknologi. KI-modeller kan brukes til å utvikle kvanteprogramvare raskere, mens kvantedatamaskiner i fremtiden antas å kunne gi KI-modeller mye bedre ytelse.

– Vi har blant annet et samarbeid med Kreftregisteret, og sammen har vi nylig foreslått et nytt prosjekt der vi vil teste hvordan kvanteforsterket KI kan bidra til å oppdage brystkreft tidligere i mammografibilder. Kvanteteknologien gjør det mulig å avdekke mønstre som klassisk kunstig intelligens ikke fanger opp. Her ligger et betydelig potensial, sier Ali.

– Her kan vi lede an globalt

Dette er reelle praktiske applikasjoner og ikke bare teori, understreker han. Forskningsmiljøet hans har fått utvidet tilgang til IBMs kvantedatamaskiner for å teste og demonstrere nye konsepter. De har også adgang til å bruke kvantedatamaskiner gjennom D-Wave.

Resultatene så langt viser lovende effekt sammenlignet med klassiske metoder.

For at teknologien skal bli tilgjengelig og nyttig for industrien, mener både Ali og Bruaset at det må utvikles nye programmeringsparadigmer og programvarebiblioteker, som gjør det mulig å jobbe på høyere abstraksjonsnivå.

Her stiller fagmiljøet vi har i Norge med noen veldig gode kort, mener de. Arnestedet til objektorientert programmering er som kjent Simula, som ble utviklet av Ole-Johan Dahl og Kristen Nygaard på 1960-tallet.

– Jeg vil si at vi bør bygge videre på denne tradisjonen som startet med Simula – med å utvikle språk, abstraksjoner og så videre. Og jeg mener vi står veldig sterkt på dette området. Ikke bare ved Simula, men også ved UiO, hvor de har en svært sterk forskningsgruppe innen programmeringsspråk. Så jeg tror vi bør utnytte dette – det er en lavterskelinngang hvor vi virkelig kan lede an i verden, sier professor Shaukat Ali.