1. Resumé
Som et område med stort potentiale for dansk naturvidenskabelig forskning foreslås Quantum Science and Technology, forstået i bred forstand som både teoretisk og eksperimentel grundforskning i fysiske systemers kvantetilstande samt teknologisk udnyttelse af sådanne systemer.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Begrebet Quantum Technology dækker over en radikalt ny slags teknologi baseret på beherskelse og udnyttelse af kvantemekaniske egenskaber ved mikroskopiske systemer og forventes at have afgørende betydning for imødegåelse af en lang række samfundsmæssige udfordringer spændende fra udvikling af nye materialer over nye krypteringsmetoder til forbedring af datasikkerhed til nye medicinske diagno-sticeringsmetoder m.m.
Det er velkendt, at de stadigt stigende krav til computeres ydeevne i fremtiden vil nødvendiggøre brug af komponenter af atomar størrelse styret af kvantemekaniske love. Evnen til at fembringe og kontrollere sådanne systemer bliver derfor af afgørende betydning for denne udvikling og åbner samtidig for muligheden at udnytte kvantemekaniske egenskaber ved deres fysiske tilstande, som f.eks.” entanglement”, til at udvikle såkaldte kvantecomputere baseret på helt nye datalogiske principper. Forskning i disse principper er kernen i emnet kvanteinformationsteori, en ny gren af Quantum Science i rivende udvikling og en forudsætning for udvikling af fremtidens ”quantum software”, hvis industrielle potentiale ikke står tilbage for forventningerne til det tilsvarende ”quantum hardware”.
Mere generelt vil denne udvikling mod bedre forståelse og beherskelse af kvantetilstande betyde, at det bliver praktisk muligt at udnytte systemer af atomar størrelse til praktiske formål, eksempelvis til præcisionsmålinger i forbindelse med navigation, udvikling af ultrafølsomme sensorer, og til indsættelse i medicinske patienters organer.
3. Forskningsbehov
Det foreslåede forskningsinitiativ er tværdisciplinært og indbefatter foruden teoretisk og eksperimentel fysik også et bredt spektrum af matematiske discipliner samt datalogi, herunder specielt algoritmiske aspekter. Der vil desuden være brug for inddragelse af andre fagområder, såsom kemi og medicin, i forbindelse med konkrete erhvervs- og samfundsmæssige anvendelser.
Der er behov for at skabe rammer og samarbejdsmuligheder for de relevante forskningsgrupper gennem fællesbevillinger til konkrete forskningsprojekter og infrastruktur. Dette kan med fordel ske ved udbygning af allerede eksisterende stærke akademiske miljøer i Danmark og ved at skabe muligheder for yderligere styrkelse af vekselvirkningen med relevante industrielle aktører.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
Der foregår i Europa både på nationalt plan og på EU plan store bestræbelser på at styrke Quantum Science and Technology som forskningsområde. På nationalt plan kan specielt nævnes store satsninger i Holland og i Storbritannien. For nylig lance-rede G. Oettinger, EU komissær for Digital Economy and Society, EUs planer om at oprette et flagskibsinitiativ med et budget på 1 Mia € i Quantum Technologies,
En målrettet dansk indsats vil give danske forskere og virksomheder det nødvendige rygstød i konkurrencen for at sikre Danmark sin andel af disse og andre fremtidige midler. Dermed vil den også styrke et forskningsområde, der står til at være i stærk konkurrencepræget vækst.
Endvidere er ønsket om fælles europæisk fodslag på området fornylig udtrykt af centrale aktører i et ”Quantum Manifesto”,
At dette stærkt interdisciplinære område også er genstand for stor bevågenhed fra de amerikanske myndigheders side fremgår bl.a. af en Study Group Report under Department of Energy, der også betoner de vidtrækkende grundforskningsmæssige perspektiver i specielt Quantum Information Science og dens mulige anvendelser i kryptologi, kemi, materialevidenskab og fundamental fysik.
5. Danske forudsætninger
Danmark har en 100-årig forskningstradition i kvantemekanik begyndende med Niels Bohr i 1913. Der findes i dag internationalt førende grupper og centre, eksperimentelle såvel som teoretiske, der bedriver forskning inden for mange forskellige grene af kvantefysik, matematik og datalogi af relevans for emnet Quantum Science and Technology (med støtte fra bl.a. Danmarks Grundforskningsfond, Villum Fonden, Innovationsfonden og European Research Council). Det forventede udkomme af denne forskning spænder uhyre vidt fra frembringelse af konkrete industrielle produkter til opnåelse af videnskabelig erkendelse på det mest fundamentale niveau. Således har kvanteinformationsteori også relevans i forbindelse med fundamentale spørgsmål i kosmologi og for forståelsen af de kvantemekaniske egenskaber ved sorte huller og mere generelt af kvantegravitationsteori, som er den mest centrale manglende brik i en fuld forståelse af naturens fundamentale kræfter. Det er en aldeles fascinerende erkendelse, der just nu er ved at bryde igennem, at en dybere forståelse af disse problemstillinger synes at forudsætte medvirken af samtlige nævnte faglige discipliner
Vi finder det afgørende, at det her foreslåede forskningsinitiativ kommer til at omfatte en grundvidenskabelig dimension af både teoretisk og eksperimentel art med såvel langtrækkende erkendelsesmæssige landvindinger som teknologiske gevinster på kortere sigt, og det er vores opfattelse, at de eksisterende danske forskningsmiljøer udgør en enestående platform, hvorpå et sådant initiativ kan opbygges.
6. Mål, effekt og perspektiver
Quantum Science and Technology forventes på længere sigt og muligvis også på mellemlangt sigt at få væsentlig indflydelse på udviklingen inden for adskillige samfundsområder, herunder især inden for teknologisk tunge brancher. Tilsvarende forventes en vækst i omsætning, som ifølge nogle forudsigelser kan blive af ganske dramatisk omfang
Danmarks andel i denne vækst vil være afhængig af deltagelse i forsknings- og udviklingsaktiviteter på højeste niveau i omtalte område, hvilket vil kunne sikres ved at tildele forskning i det her foreslåede tema en høj prioritet.
En samfundsmæssigt vigtig konsekvens af denne satsning vil være uddannelse af unge forskere, der dels kan sikre et fortsat højt akademisk vidensniveau i nævnte områder og dels bidrage til udvikling og vækst i industrielle virksomheder.
7. Kontaktperson
Professor Bergfinnur Durhuus og Professor Charlotte F. Kristjansen
Det Frie Forskningsråd | Natur og Univers
Tlf: 35 32 07 35 / 35 32 53 81
E-mail: durhuus@math.ku.dk/ kristjansen@nbi.ku.dk