Hvem kommer først med kvantecomputeren? Microsoft eller Google?

Den helt store nyhed fra videnskabens verden i denne uge - ikke mindst set med danske øjne - er, at Microsoft henter en af de afgørende teknologier til at bygge en kvantecomputer på Niels Bohr Institutet i København, og at Microsoft som en del af en aftale med Københavns Universitet opretter en eller anden form for center - forskning, udvikling, produktmodning - for kvantecomputere i København.

Nyheden slap ud via en omtale på Microsofts officielle blog og en artikel i New York Times.

Hos Innovationsfonden var man ikke overraskende begejstret, for det viser, at fonden så rigtigt i at støtte dansk kvanteteknologi med en rekordstor bevilling på 80 mio. kr. over to år.

Kvanteforskerne må have endog meget gode muligheder for at få bevillingen forlænget i yderligere to år, når de til foråret indsender en ny ansøgning.

Microsoft satser på, at såkaldte topologiske kvantebits kan danne basis for at masseproducere kvantecomputere. Charles Marcus fra Center for Quantum Devices (QDev) sagde for et par måneder siden til mig, at hvis vi (QDev) ikke kan fremstille topologiske kvantebits, kan andre heller ikke.

I den bemærkning ligger, at der stadig er en masse uløste problemer, så der er ingen garanti, for at forskerne kommer helt i mål. Men Charles Marcus vurderer, at der er gode chancer.

Det er måske ikke så unaturligt, at Microsoft satser på topologiske kvantebits, for det var den russiske forsker Alexei Kitaev, dengang fra Landau Instititutet for Teoretisk Fysik i Skt. Petersborg, der i 1997 kom med ideen, som siden hen blev konkretiseret, da han kom til Microsoft i Seattle og arbejdede sammen med Microsoft-forskeren Michael Freedman

Charles Marcus, der i 2012 blev hentet til Københavns Universitet fra Harvard University, var den, som for nogle år siden sagde til Freedman, at sådanne kvantebits kunne han nok lave.

I de senere år har Microsoft støttet forskningen på Marcus' Center for Quantum Devices med store midler. Og Charles Marcus og de øvrige forskere har gjort store fremskridt.

Konkurrence fra IBM og Google m.fl.

Det store spørgsmål er så, om den hardwareteknologi, Microsoft satser på, også vil være den, som vinder. Alle de store it-giganter herunder IBM og Facebook har egne kvantecomputerprojekter, så konkurrencen er hård.

IBM har ligefrem en prototype, som almindelige brugere kan få lov at styre fra deres egen pc.

Men mest interessant er måske Googles arbejde med udvikle en kvantecomputer. Google har ligesom Microsoft hyret anerkendte forskere ind til at hjælpe sig - ikke mindst John Martinis fra University of California, Santa Barbara i USA.

Martinis laver kvantebits baseret på såkaldte Josephson Junctions - og han gør det rigtigt godt. Hvis den metode er vejen til at fremstille stabile og mange kvantebits, er Martinis og hans gruppe dem, der kan gøre det.

Og så jeg har slet ikke i denne kommentar omtalt D-Wave-kvantecomputeren, som kan lave visse kvanteberegninger, men ikke er en universel kvantecomputer af den type, som it-giganterne vil lave. Computeren og dens begrænsninger har dog været flittigt beskrevet her på sitet de seneste år.

Hvem vinder?

Og så er spørgsmålet naturligvis; hvilken teknologi vinder? Microsoft-Marcus, Google-Martinis eller en tredje?

Nu bliver det jo nok ikke sådan, at vi alle og enhver får en kvantecomputer i vores mobiltelefon - ikke i første omgang. Kvanteberegninger kommer til at foregå i skyen.

Derfor kan der sagtens blive plads til flere forskellige hardware-teknologier - også andre end de her omtalte.

Man kan naturligvis også have holdningen som den kendte kvantecomputer-ekspert Scott Aaronson, der også har noteret sig Microsofts planer med glæde, at erklære sig helt indifferent. Den første og bedste teknologi er helt fin - uanset hvad den er. Men det var nu måske alligevel lidt sjovere, hvis det var noget. som man kunne kalde dansk viden og teknologi, der lå til grund.

I disse år, hvor en kvantecomputer skal udvikles, er hardwareteknologi uhyre interessant at omtale og læse om, men når vi først har teknologien på plads, bliver det mere uinteressant - på samme måde, som de færreste interesserer sig for CMOS og FET, men mere for Android, iOS og Apps.

Næh, hvilke former for kvantesoftware og kvantealgoritmer kommer vi til at bruge? Det er et interessant spørgsmål, som har fået alt for lidt opmærksomhed.

Det emne har jeg taget op i artiklen 'Kvantecomputer haves (næsten) - software ønskes', der allerede nu kan læses i papirudgaven af Ingeniøren (nr. 47, 25 november 2016) og senere også her på ing.dk.

Japansk papirkunst styrer lyden

Men der sker andet end kvanteteknologi i forskningsverdenen.

I Science Advances beskriver en forskningsgruppe ledet af Katia Bertoldi fra Harvard University i USA, hvordan man kan lave akustiske bølgeledere til styring af lyd med inspiration fra den japanske papirkunst origami.

Det betyder, at det samme materiale opbygget af ekstruderede terninger af plastmaterialet polyethylenterephthalat (PET) kan sende akustiske signaler i forskellige retninger. Det vurderer forskerne kan være interessant for en lang række anvendelser i biler, bygninger, flyvemaskiner, musikinstrumenter osv.

Bølgelederen er en form for metamateriale, som det også kendes fra forskningen i usynlighedskapper, hvor man kan lede bølger i forskellige retninger baseret på strukturelle egenskaber af materialer.

Det er måske ikke det mest banebrydende forskningsresultat, vi har set, men jeg synes, at forskerne fortjener ros for helt bogstaveligt at tænke ud af boksen.

Forskere scanner mere end 1.000 milliarder strukturer for at finde den bedste

I Science Advances finder vi også et andet interessant forskningsresultat omkring såkaldte metal organic frameworks (MOF), der er kemiske forbindelser, hvor metalioner er knyttet sammen af organiske bindinger.

Denne form for strukturer har hulrum og porøse strukturer, der gør dem velegnede til at opsamle gas, men de har også interessante anvendelser inden for fotonik.

MOF blev opdaget allerede i 1950'erne, men som det fremgår af en artikel i Education in Chemistry var det først i 1990'erne, at kemikerne begyndte at interessere sig seriøst for disse materialer. I de senere år er MOF blevet et stort forskningsområde mange steder bl.a. også på Aalborg Universitet.

De utallige kombinationsmuligheder gør det muligt at designe materialer med meget interessante egenskaber.

Det enormt store antal kombinationsmuligheder betyder dog også, at det er en næsten uoverkommelig opgave at finde det bedste materiale til eksempelvis at lagre CO2. Tom K. Woo fra University of Ottawa i Canada har nu sammen med fire kolleger benyttet en algoritme til at scanne mere end 1.000 milliarder kombinationer. Det er da lidt af en præstation.

Derved har forskerne fundet MOF'er med det, de kalder en exceptionel evne til at optage CO2, dvs. mere end 3 mmol/g.

Simuleringen har også gjort det muligt at optimere kendte MOF'er og derved øge deres CO2-optag næsten fire gange. Om det så i praksis kan føre til materialer, der let og billigt kan fremstilles, og som effektivt kan opsamle CO2, der ellers ville udsendes til atmosfæren, må tiden vise.

Det er under alle omstændigheder nok ikke en løsning, der er lige om hjørnet. Men metoden til scanning af af de mange materialer, skulle man tro, vil kunne finde andre anvendelser.

Tyngdesignaler kan varsle jordskælv

En mere rystende form for forskning har Jean-Paul Montagner fra Institut de Physique du Globe i Paris gennemført.

Sammen en række kolleger fra lande lande skriver han i Nature Communications, hvordan det store jordskælv i Japan 11. marts 2011, der førte til Fukushima-katastrofen, i princippet kunne være varslet flere sekunder i forvejen.

Et jordskælv registreres med seismiske sensorer, der opfanger de såkaldte P-bølger, der genereres af jordskælvet. Men det er også muligt med målestationerne at opfange meget svage ændringer i tyngdefeltet, som skyldes omfordeling af masse i Jorden ved jordskælvet.

Sådanne signaler udbreder sig hurtigere end P-bølger, og det vil ved et stort undersøisk jordskælv nogle hundrede kilometer fra kysten betyde, at man kan få et varsel måske 10 eller 20 sekunder, før rystelserne opstår.

Det lyder måske ikke af meget, men det er nok til at kunne standse tog, elevatorer og andre kritiske maskiner og anlæg.

Signalerne er dog så svage, at det vil kræve opbygning af et helt nyt netværk med meget følsomme instrumenter, hvis denne teknik skal bruges i praksis til varsling af jordskælv.

Det krævede en meget omfattende analyse af data fra 2011-jordskælvet for finde tyngdesignalerne - og man kun kan gøre sig håb om at varsle meget store jordskælv med store omfordelinger af masse. Det er derfor langtfra sikkert, at et nyt netværk kan få praktisk betydning. Men i det mindste foreligger en mulighed, som er værd at se nærmere på.

Måske vil det kræve helt nye kvantesensorer.. Og så er vi næsten tilbage til udgangspunktet med kvanteteknologi.