TEKNOLOGI | Kvantemaskiner (del 3)
Kvanteteknologi blir bedre med AI – og omvendt
Kunstig intelligens og kvantedatamaskiner passer sammen som hånd i hanske. De to teknologiene vil drive hverandre fremover i et forrykende tempo.
Mens mange har fått øynene opp for kunstig intelligens, er det langt mindre oppmerksomhet om kvanteteknologien. Det er dessuten enda mindre kjent at de to teknologiene vil drive hverandre fremover i galopperende hastighet.
– For å lykkes med kvanteteknologien, trenger vi kunstig intelligens. Og hvis vi skal komme videre med kunstig intelligens, trenger vi kvantedatamaskiner, poengterer professor Joachim Mathiesen, direktøren på Bohr-instituttet ved Københavns Universitet.
– Forskningen på kvanteberegninger og kunstig intelligens har eksplodert. Den nye kunnskapen vil være fundamental for måten samfunnet vårt utvikler seg på. Mange, og da tenker jeg på både politikere, forskere og bedriftsledere, har brukt mye tid og ressurser til å skjønne hva kunstig intelligens er for noe. Og så kommer plutselig kvanteteknologien. I fremtiden vil både kvanteteknologi og kunstig intelligens bli svært viktig i beregningsvitenskapen. Mange vet dessverre ikke hva dette dreier seg om, understreker professor i beregningsorientert fysikk Morten Hjorth-Jensen ved UiO.
Han trekker frem enda et viktig poeng: I dag bruker kunstig intelligens mye strøm.
– Med kvanteberegninger kan vi spare enorme mengder med energi.
Et av de mange områdene som kan få glede av kombinasjonen kunstig intelligens og kvanteteknologi, er investeringsfond.
– De som regner fortest, vil tjene mest penger. Det er forklaringen på at investeringsfond i Dubai investerer i kvantedatamaskiner, sier Morten Hjorth-Jensen.
Farmaindustrien
Blant de store mulighetene er å kombinere de to teknologiene for å forstå hvordan store mengder atomer henger sammen.
– Det investeres i dag milliarder av kroner i farmaindustrien for å kunne gjøre bedre beregninger av molekyler. Da kan de lage helt nye medikamenter, forteller Morten Hjorth-Jensen.
Den nye teknologien vil også kunne brukes til raskere å oppdage svulster gjennom bildediagnostikk.
Bedre kvantedatamaskiner
En av de fundamentale egenskapene i kvantedatamaskiner er sammenfiltring. Takket være sammenfiltringen vil byggeklossene i kvantedatamaskiner, som kalles for Qubits, kunne kommunisere. Sammenfiltring er altså en kvantemekanisk egenskap som brukes til å koble alle Qubitsene sammen.
– Spørsmålet er hva som skjer med kvantesystemer over tid og hva som skjer med sammenfiltringen mellom alle Qubitsene.
Denne kunnskapen er viktig for å kunne lage kvantedatamaskiner med mange Qubits.
Hvis du synes dette høres enkelt ut, må du tro om igjen. Kvantefysikere over hele verden prøver nå å løse dette gedigne problemet.
Qubitsene har ingen verdi når de ikke kan snakke sammen.
Sammenfiltringen skaper vekselvirkning mellom elektronene i Qubitsene. Det betyr at tilstanden til ett elektron kan påvirke de andre elektronene. Med andre ord: Hvis du gjør måling på ett av elektronene, vet du allerede tilstanden til alle de andre.
Hvis forskerne bare skal forholde seg til samspillet mellom to elektroner, er det mulig å beregne hva som skjer, med tradisjonelle kvantemekaniske metoder.
– Såfremt det ikke er mye støy og vekselvirkninger med omgivelsene, finnes det teoretiske studier på dette, sier Morten Hjorth-Jensen.
Og da snakker vi som sagt bare om to elektroner i to Qubits. Allerede her er beregningene formidable.
Et av de store problemene er å hente inn informasjon fra sammenfiltringen av mange partikler på én gang.
For å beregne hvordan det hele skal settes sammen, er forskerne nødt til å simulere systemet.
– Ved hjelp av kunstig intelligens kan vi velge de beste parametrene som eksperimentalistene kan bruke til å lage kvantedatamaskiner, forteller Morten Hjorth-Jensen.
Optimal avstand
Et annet spørsmål som Hjorth-Jensen ønsker å finne svar på, er hvor langt elektronene må være fra hverandre i Qubitsene. Avstanden må verken være for lang eller for kort. Kraften mellom dem handler om noe forskerne kaller for Coulomb-kraften. Et elektron kan merke kraften fra et elektron langt unna. Matematisk sett fungerer Coulomb-kraften over en uendelig avstand. I praksis virker den opp til en bestemt avstand.
Det er her den kunstige intelligensen kommer inn. Den kan hjelpe forskerne med å vite hva slags materialer som skal brukes og hvordan man kan utnytte Coulomb-kraften til å lage et optimalt system av Qubits.
Nye materialer
Forskergruppen til Morten Hjorth-Jensen vil også bruke kunstig intelligens til å finne frem til materialer som kan realiseres eksperimentelt på Mikro- og nanoteknologilaboratoriet ved UiO.
Vi er hele tiden på jakt etter kvanteteknologiske systemer som kan ha lang levetid og som vi kan manipulere med laser og elektromagnetiske felt.
UiO-professoren samarbeider også med et startup-selskap i USA som lager komponenter til kvantedatamaskiner ved hjelp av teoretiske simuleringer og eksperimenter. Dette selskapet har allerede hentet inn 13 millioner dollar i investeringskapital.
– Vi er hele tiden på jakt etter kvanteteknologiske systemer som kan ha lang levetid og som vi kan manipulere med laser og elektromagnetiske felt.
Amerikanerne har nå laget et instrument til en halv million dollar for å isolere ett elektron. Men der må temperaturen være så lav som minus 273,15 grader, den laveste, oppnåelige temperaturen i universet.
– Vi er på jakt etter materialer der vi kan få dette til med mer anstendige temperaturer.
