Vänta er inte att ni ska förstå den här artikeln. Redan nestorn Niels Bohr varnade: "Den som påstår att han begriper kvantmekaniken har ingenting fattat". Det bara är så: kvantlagarna strider ohjälpligt mot vår intuition. Ändå är kvantmekaniken den mest välfungerande vetenskapliga teori som människan skapat. Dess förutsägelser har hittills alltid visat sig stämma med verkligheten med osviklig precision.

Kvantvärlden är mycket rikhaltigare och mångfaldigare än vår makrovärld. En elektron, till exempel, kan mycket väl befinna sig på två ställen samtidigt, ha flera motsägande egenskaper eller ingå hybridtillstånd med andra elektroner. Möjligheterna i mikrovärlden är fler än i makrovärlden, men samtidigt är lagarna mer vaga och diffusa.

Av den märkliga och bisarra rikedomen i mikrovärlden ser vi inte så mycket. Dess mångfald slätas snabbt ut, variationerna flyter ihop och ersätts av makrovärldens skarpa konturer och förutsägbara förlopp, ungefär som rasterpunkterna i ett tidningsfotografi blir till en distinkt bild.

Kvantfenomenens benägenhet att flyta ihop och suddas ut trasslar också till det när vi ska mäta skeendena i mikrovärlden. Vad händer till exempel om vi försöker fastställa var en elektron befinner sig, om den just då råkar vara på två olika ställen samtidigt?

Svaret är att mätapparaten bara anger det ena alternativet. Det går inte att förutsäga vilket. Den här begränsningen i möjligheten att observera kvantfenomenen beror inte på tekniska svårigheter. Den är inbyggd i själva teorin.

På det sättet blir mikrovärldens egenskaper slumpmässiga i våra makroögon, en egenskap fysikerna hade svårt att vänja sig vid i kvantfysikens barndom. Länge ansåg många att kvantfenomenen inte var verkliga, utan att de snarare speglade vår bristande kunskap om mikrovärlden. Den attityden har ändrats på senare år, och kvantdatorn är ett av de bästa bevisen på att kvantfysiken faktiskt beskriver verkligheten och inget annat.

Det var på 1980-talet som fysikerna insåg att kvantmekaniken borde kunna användas till datorer. Tanken tändes först av den berömde nobelpristagaren Richard Feynman, men det var den unge israeliske matematikern David Deutsch, verksam i Oxford, som utvecklade idén, och som på allvar insåg att kvantvärldens variationsrikedom kunde nyttjas till helt nya och annorlunda kalkyler.

Alla datorer bygger på koder av ettor och nollor. I datorernas innanmäten finns minimala strömkretsar. När en ström passerar betyder det en etta, ingen ström är en nolla. De här kretsarna är ohyggligt små, men ändå rör sig miljoner elektroner i var och en av dem.

Men tänk er en ensam elektron. Den kan rotera kring sin axel, som en liten planet. Låt oss säga att det betyder en etta när den snurrar medsols, en nolla när den roterar motsols.

Eftersom elektronen följer kvantlagarna kan de mycket väl rotera både medsols och motsols samtidigt. Därmed kan den, intressant nog, representera både en etta och en nolla på samma gång.

Ännu bättre blir det med två elektroner. De kan kombineras på olika sätt. De kan rotera medsols eller motsols, var och en för sig. Det finns fyra möjligheter. Därmed finns det också, tack vare kvantlagarna, hybridtillstånd med alla fyra varianterna samtidigt.

Och antalet möjliga hybridtillstånd växer snabbt med antalet elektroner: 8, 16, 32 och så vidare. Med 30 elektroner är man upp i över en miljard olika kvanttillstånd, som alla kan existera på en och samma gång.

David Deutschs förbluffande insikt var att man därmed inte bara kan koda ett mycket stort antal siffror med ett litet antal elektroner. Man kan dessutom göra matematiska beräkningar på alla siffrorna samtidigt! En vanlig dator, hur snabb den är, måste göra en beräkning i taget. En kvantdator kan göra miljarder kalkyler parallellt. Den blir fruktansvärt mycket snabbare. Möjligheterna verkar obegränsade, kvantdatorn tycks trotsa alla gränser.

Nå - det finns förstås en besvärande hake. Kvanttillstånden är, som sagt var, synnerligen svåra att observera. Våra makroskopiska mätinstrument kan inte notera flera samtidiga kvanttillstånd. De förmår bara plocka ut en av de många möjligheterna, och det går inte att förutsäga vilken.

Vi kan alltså inte ta reda på resultatet av alla dessa miljarder parallella kalkyler som kvantdatorn utför. Och därmed tycks poängen gå om intet.

Av det skälet betraktades kvantdatorn länge som en ren kuriositet, ett lustigt tankeexperiment. Men så, för fem år sen, förändrades allt när amerikanen Peter Shor äntrade estraden.

Alla vet hur man multiplicerar ihop två tal. Det är en enkel operation som vem som helst kan utföra med papper och penna. En dator klarar det blixtsnabbt, även om talen är stora.

Men hur är det att gå åt andra hållet, att börja med ett givet tal och dela upp det i faktorer?

Också det är ett problem som alltid går att lösa. Men rent praktiskt visar det sig vara oerhört mycket mer omständligt och tidsödande. Är talet stort nog får även datorerna svårigheter. För att faktorisera riktigt stora tal, ett par hundra siffror långa, skulle även världens snabbaste datorer behöva flera miljoner år.

I själva verket är faktorisering en så tidsödande uppgift att den ligger till grund för den krypteringsmetod som banker och andra institutioner inom finansvärlden använder sig av. I stället för att trixa med hemliga lösenord eller osynligt bläck använder man chiffer som bygger på tal som är flera hundra siffror långa. För att knäcka koden måste man först dela upp dem i faktorer. Alla vet hur går till, men även de starkaste datorer behöver miljontals år för att räkna fram resultatet.

Vanliga datorer, vill säga. Peter Shors sensationella upptäck var att en kvantdator klarar att knäcka bankernas kryptering på ett litet kick. Faktorisering av långa tal visar sig passa förträffligt för kvantdatorns massiva metod att göra alla kalkyler samtidigt. Man behöver inte resultatet av alla dessa myriader uträkningar. Det handlar bara om att hitta rätt svar bland alla siffrorna, och Peter Shor visade hur det kan gå till.

Metoden är alls inte elegant eller lättbegriplig, men den innebar det stora genombrottet för kvantdatorn som forskningsobjekt. All världens bankdirektörer fick plötsligt höra talas om kvantfysiken. Tempot i forskningen är minst sagt hektiskt just nu, nya framsteg rapporteras varenda månad.

Men det är fortfarande långt kvar innan någon lyckas bygga en fullt användbar kvantmekanisk dator. Det finns nämligen en hake till.

En kvantdator måste vara ytterst väl isolerad från omvärlden, annars flyter fenomenen ihop och informationen läcker ut i omgivningen. Det är fortfarande ingen som riktigt vet hur det ska gå till. Vad folk lyckats med hittills är ytterst primitiva anordningar. Men de visar att principen fungerar.

För oss som är mer intresserade av kvantvärldens hemligheter än av bankernas är det viktigt nog. Richard Feynman och David Deutsch hade rätt. Det fungerar. Kvantfenomenen är äkta, deras ogripbarhet är inbyggd i tillvarons struktur.

Det är en insikt att begrunda i dessa yttersta dagar. Materiens minsta byggstenar följer lagar vi inte kan förstå, verklighetens innersta väsen är mer mysteriöst än filosoferna nånsin drömt om. Och den som påstår att han begriper sig på tillvaron har ingenting fattat...

ŠLars Rosenberg

(Ur Hallands Nyheter den 11 december 1999)

- - Kosmoskaos - - Väderkaos - - Kvantkaos - - Havskaos - - Multikaos - - Sandkaos - - Gödelkaos - - Livskaos - - Mandelkaos - - Bildkaos - - Beslutskaos - - Kaoskaos - - Kapitalkaos - - Kaosplock - -

START