Rasmus Hvass Hansen

26. april 1998 kl. 00.00

Den 27-årige danske atomfysiker Rasmus Hvass Hansen har sammen med to kolleger fremstillet verdens første brugbare atombaserede computer i Oxford, England. Den nye computer bruger atomer, og ikke transistorer, som grunddele i regne- og hukommelses-elementerne. Den nye computer kan på få sekunder løse opgaver, som en almindelig computer vil være flere milliarder år om at beregne. Den vil eksempelvis være i stand til at knække mange kendte krypterings-systemer.

I et interview med ComON fortæller Rasmus Hvass Hansen, hvad den nye teknologi kommer til at betyde.

Interview

ComON: Kan du kort forklare, hvad forskellen mellem en atombaseret (kvantemekanisk) computer og en almindelig computer er?

Hansen: En kort forklaring? Det bliver svært. Du får en "forklaring." En kvantemekanisk computer overholder de kvantemekaniske principper. På
molekylært, atomart og subatomart niveau gælder der regler for
virkeligheden, der er radikalt anderledes end de man er vant til i den
"almindelige," klassiske verden.

Et kvantemekanisk system (det være sig en enkelt partikel, fx. en
elektron, et atom eller fx. en atomkerne) beskrives ved at angive dets
tilstand. Fx. kan en elektron befinde sig i en bestemt energitilstand,
når den er i nærheden af et atom.

Et af de specielle træk ved kvantemekaniske systemer er at de kan
befinde sig i "superpositioner" (på jævnt dansk "overlejringer") af
sådanne tilstande, på samme måde som en lydsvingning fra et instrument
kan være sammensat af flere grundsvingninger.

Reglerne for sammensætning af tilstande af flere partikler er også
meget forskellige end hvis der var tale om tilstande af dagligdags
objekter. Hvis jeg har to kvantesystemer, hver med to tilstande, kaldet
tilstand (0) og (1), kan jeg sætte de to systemer i superpositioner af
disse: (0)+(1). Den samlede tilstand for disse to systemer er nu
*produktet* [(0)+(1)]*[(0)+(1)]=(00+(01)+(10)+(11). Mange vil nikke
genkendene til disse 4 "tal," idet de nemlig de fire første tal 0,1,2 og
3 i det binære talsystem. Ved at gå frem på denne måde kan man
således repræsentere et eksponentiel antal tal 2^n (2 i den n'te potens)
ved hjælp af n operationer på n systemer. Disse superpositioner af 2^n
"inputs" kan man derefter manipulere, dvs. foretage beregninger på.

ComON: Hvor hurtig vil en sådan computer kunne regne?

Hansen: Indtil videre kender man kun få beregningsproblemer (men til gengæld er
de uhyre fascinerende!) i hvilke en kvantemekanisk computer overhaler den
almindelige. Til gengæld gør den det også eftertrykkeligt. Det er
svært at udtrykke i dette i beregninger/sek., men der er problemer som er
så beregningstunge, dvs. vokser eksplosivt med størrelsen af inputtet,
at der ikke findes algoritmer til almindelige computere, der kan tackle
problemet. Et eksempel er primtalsfaktorisering. Her vil en kv.mek. levere
resultatet på ca. samme tid som det tager en almindelig computer at foretage
en større multiplikation.

ComON: Hvad er den sværeste udfordring, når du skal udvikle en kvantemekanisk computer?

Hansen: Det sværeste er at finde et kv.mek. system der er tilstrækkeligt
isoleret fra omverdenen. Superpositioner af tilstande er særdeles
skrøbelige og vil falde fra hinanden før man kan udnytte dem, hvis ikke
systemet er tilstrækkeligt isoleret.

Det trick som vores gruppe (og andre grupper) har udnyttet er at bruge
MANGE kvantecomputere på en gang. Faktisk ligeså mange som der er
cytosin molekyler i en halv ml. -- af størrelsesordenen 10^23. Det svarer
ca. til hvor mange teskeer vand der er i verdenshavene tilsammen! Den
samlede population af kvantemekaniske computere er således "robust", dvs.
det betyder ikke så meget hvis en procentdel falder fra.

ComON: Du har udviklet den første brugbare atombare computer. Fortæl lidt om, hvad denne maskine allerede nu kan gøre?

Hansen: Der er ikke tale om en model der kommer på markedet lige med det samme
(eller nogensinde, for den sags skyld), men nærmere en
"demonstrationsmodel." Problemet vi har vist kan løses er følgende:
Forestil dig at du har fire skuffer med 4 bolde af forskellige farver, en
bold i hver skuffe. Du ved ikke hvilken rækkefølge de ligger i, dvs. du
har en ustrukturet database. Nu spørger du: Er der en gul bold? En
almindelig computer skal i gennemsnit åbne mindst halvdelen af skufferne
for at give et rigtigt svar i mindst halvdelen af tilfældene.
En kvantemekanisk computer kan gøre det med mindre end kvadratroden af
tilfældene, og det har vi påvist i tilfælde med fire "skuffer."
(Faktisk kan vi gøre det med en enkelt operation).

ComON: Hvor ser du perspektiverne for kvantemekanik i computerteknologi? Hvad er de primære anvendelsesområder?

Hansen: De primære områder for en kv. mek. computer er som landskabet ser ud nu
søgning, kodning og faktorisering, men man kommer ikke udenom at benytte
kvantemekaniske systemer selvom man ikke ligefrem vil bygge en kv.
computer. Hvis udviklingen forsætter som hidtil, vil man om 10-15 år
være nede på atomart niveau når der skal produceres microchips. De
firmaer der kan fortsætte dernede vil sandsynligvis løbe af med
verdensmarkedet.

ComON: En atombaseret computer vil jo kunne knække næsten enhver krypterings-metode. Er det ikke en alvorlig trussel mod datasikkerheden?

Hansen: Både og. Der er ingen tvivl om, at det er en trussel mod de nuværende
krypteringssystemer (og firmaer!), men de fysikere der grundlagde hele
det her forskningsfelt i starten af halvfemserne var temmelig
udspekulerede. Hvis man indkoder information kvantemekanisk kan man
beviseligt transmittere koder der ABSOLUT IKKE kan aflyttes. Ihvertfald
ikke medmindre kvantemekanikken er forkert. Og det er der intet der tyder
på.

Sådanne systemer eksisterer faktisk i dag som prototyper. Swiss Telekom
har transmitteret kvantemekanisk kodet data igennem 36km lyslederkabler
under Genevesøen. I Los Alamos (USA) er har de sendt det igennem 48km, og
deres kodningsudstyr fylder to kufferter og kan tilsluttes de fleste
lysledernet. For tiden testes systemet til satellit-kommunikation. I
Danmark er fysikere på Århus Universitet også igang med at konstruere
et lignende system. Så der sker noget.

ComON: Repræsenterer den atombaserede computer grænsen for, hvor hurtige computere kan blive, eller ligger der noget endnu hurtigere og venter ude i horisonten?

Hansen: Et godt spørgsmål, som de siger. Aner det ikke. Men ligenu skal vi
altså lige have tacklet det her kvantemekanik, og det bliver vi bestemt
ikke færdige med foreløbigt.

Personligt håber jeg da, at der ligger en masse nyt og spændende henne
om hjørnet. Det er altid spændende at blive klogere.