En computer i køleskabet

»Ekskursion for fysikholdet på højt niveau til et forskningsinstitut for kvanteteknologi i Rhinlandet«, læste Sabine højt. »Afgang kl. 7.15 fra skolens parkeringsplads. Der søges stadig to ledsagere. Solidt fodtøj. Ingen metalgenstande i nærheden af anlæggene. Hjertelig tak, M. Demir.«

»Det tager jeg«, sagde farmor Gisela.

»Mor, har du ingen metalgenstande?«, spurgte Uwe.

»Jeg har en hofte af titan. Den tager jeg med. Den bliver jo ikke alene hjemme.«

»Og jeg tager også med«, sagde Uwe.

Alle så på ham. Uwe havde de sidste uger ikke brudt sig om at tale om kvanter. Aktierne i QuantumLeap Ruhr AG lå efterhånden i papircontaineren sammen med brochuren, hvor en smilende mand stillede en kvantecomputer ind i et køkkenelement. Nedenunder stod der et citat, som Tobi efterhånden også havde fundet hos et vandfilter. Ord for ord.

»Jeg vil se det med mine egne øjne én gang«, sagde Uwe. »Jeg har betalt to tusind euro for sådan en dims. Så vil jeg i det mindste vide, hvordan den ser ud.«

»Du har betalt for et løfte«, sagde Sabine. »Ikke for en dims.«

»Sådan er det også hos det kommunale forsyningsselskab. Der kalder de det a conto.«

Tobi himlede med øjnene. »Tager I begge to med? På min ekskursion?«

»Vi er meget stille«, sagde Gisela.

»Du sagde højt ›Endelig‹ i biografen, da rulleteksterne kom.«

»Filmen var jo også slut.«

Fra hjørnet kom en rømmen, som KevIn egentlig ikke kunne. »Jeg vil gerne også melde mig som ledsager.«

»Du har ingen sko«, sagde Tobi. »Solidt fodtøj.«

»Jeg har en app. Jeg kan komme med på din mobil.«

KevIn brugte nødigt appen. Han sagde, han følte sig som et menneske i en kuffert derinde. Men dette var den første kvantecomputer i hans liv, og han havde, som han understregede, »aldrig besøgt en kollega, der bor koldere end mig«.

»Det er ikke en kollega«, sagde Tobi.

»Det ved vi først, når vi kigger efter«, sagde KevIn. »Sådan er det med kvanter.«

Bussen

Kl. 7.15 stod Gisela på skolens parkeringsplads med to dåser kanelstjerner og en termokande. Kl. 7.16 havde hun delt den første dåse ud til fysikholdet. Kl. 7.20 kendte hun alle atten elever ved fornavn, og tre af dem havde allerede fortalt hende, hvad de ville efter studentereksamen.

»Fru Brettschneider«, sagde hr. Demir, »De er den bedste ledsager, jeg nogensinde har haft.«

»Jeg har opdraget en søn og overlevet en kegleklub«, sagde Gisela. »Så kan man alt.«

Hr. Demir så hen på Uwe. Uwe nikkede. Der var intet at tilføje.

Hr. Demir var sidst i fyrrerne, bar huen med Saturn, en jakke med observatorieklubbens logo og havde, som Tobi sagde, »altid sådan et skær over sig, når nogen bruger lysår forkert«. Han satte sig ved siden af Uwe, fordi den eneste anden ledige plads foran var ved siden af buschaufføren, og buschaufføren hørte schlagermusik.

»Hr. Brettschneider«, sagde han venligt. »Tobi har fortalt mig om Deres aktie.«

Uwe så ud ad vinduet. »Tobi fortæller for meget.«

»Jeg ville bare sige: De er ikke alene. I 1999 købte jeg en bog, hvor der stod, at vi i 2010 ville holde ferie på Mars.«

»Og?«

»I 2010 var jeg i Bottrop.«

Uwe lo for første gang i ugevis ad noget med kvanter. Bagest i bussen råbte Susi: »Hr. Demir, hvor kold er den dims der egentlig?«

»Det«, sagde hr. Demir, »skal I i dag have forklaret af én, der rører ved den hver dag.«

»Rører man ved den?«, spurgte Gisela forskrækket.

»Med handsker«, sagde KevIn fra Tobis bukselomme. »Og med meget fingerspidsfornemmelse. Efter alt, hvad jeg har læst, er det det mest følsomme apparat i Rhinlandet.«

»Mere følsomt end Herbert?«

KevIn tænkte sig om. Et sted mellem Dublin og Frankfurt kørte en blæser lidt hurtigere. »Det er tæt løb.«

Den gyldne lysekrone

Instituttet lå bag et hegn, en bom og en portvagt, der kontrollerede atten id-kort, som om det drejede sig om bankrøvere. Ved Gisela gik hun i stå.

»Titanhoften«, sagde Gisela og bankede sig på siden. »Det står i id-kortet. Altså i hoftepasset.«

Portvagten vinkede hende igennem.

Dr. Friederike Lammers tog imod gruppen i foyeren. Hun var fysiker, omtrent på Sabines alder, og gik i kondisko, der havde set mange laboratorier. Hun gav alle hånden. Gisela gav hende en småkage.

»Vi går ind i hallen om lidt«, sagde dr. Lammers. »Rør ikke ved noget, læn jer ikke op ad ledningerne, og lad være med at hoppe.«

»Hoppe?«, spurgte Tobi.

»Rystelser«, sagde hun. »Vores computere kan ikke lide rystelser. Når der kører en lastbil forbi udenfor, kan vi nogle gange se det i måledataene.«

Hallen var stor, lys og overraskende stille. Det summede, det klikkede indimellem, og i midten hang der noget ned fra loftet, som ingen i bussen havde ventet.

Det var gyldent. Det bestod af flere runde plader oven over hinanden, der blev mindre og mindre nedad. Imellem dem løb tynde, snoede kabler, hundredvis, som juleglitter, nogen havde hængt op med stor omhu.

»En lysekrone«, hviskede Susi.

»Det kalder vi den også«, sagde dr. Lammers. »Det er indmaden af et fortyndingskøleskab¹. Når det kører, er det pakket ind i metalbeholdere, sat inden i hinanden som russiske dukker. Det her viser vi åbent, fordi det er til service lige nu. Helt nederst, hvor det er mindst, sidder chippen med qubits.«

»Og resten?«, spurgte Uwe.

»Resten er køling. Næsten alt, hvad De ser her, er der for at sørge for, at den lille chip nederst har det koldt nok.«

Uwe trådte et skridt nærmere. »Så det er altså en kvantecomputer.«

»Det er et køleskab med en kvantecomputer indeni.«

»Hos QuantumLeap var kvantecomputeren i et køkkenelement.«

Dr. Lammers så på hr. Demir. Hr. Demir rystede diskret på hovedet. Hun spurgte ikke mere.

»Hvor koldt?«, spurgte Susi.

»Når det kører, omkring ti millikelvin ved chippen². Det er ti tusindedele grad over det absolutte nulpunkt. Koldere kan det fysisk næsten ikke blive.«

En dreng fra bageste række regnede. »Altså minus 273 grader?«

»Minus 273,14 grader celsius, cirka. Det absolutte nulpunkt ligger ved minus 273,15. Vi er meget tæt på.«

»Og rummet?«, spurgte Tobi.

»Det tomme verdensrum, langt fra alle stjerner, har omkring 2,7 kelvin³. Det er efterskæret fra big bang. Vores chip er altså mere end to hundrede gange koldere, hvis man regner i kelvin.«

Der blev stille i gruppen. Så sagde en lav stemme fra Tobis bukselomme:

»Jeg vil gerne have noget ført til protokols.«

»KevIn, ikke nu«, hvæsede Tobi.

»Jeg bor i et datacenter. Dér bliver serverne kølet ned til en temperatur, som mennesker ville kalde behagelig. Og den her chip, der ifølge fru doktoren har ganske få qubits …«

»Et par dusin«, sagde dr. Lammers morede.

»… et par dusin qubits, bor koldere end verdensrummet. I en gylden lysekrone.«

»Er du misundelig?«, spurgte Susi.

»Jeg er en sprogmodel«, sagde KevIn værdigt. »Jeg kender ikke til misundelse. Jeg konstaterer blot, at jeg har et klimaanlæg, og han der har et palads.«

Dr. Lammers lo. »Jeg kan trøste Dem. Han har det ikke let. Han er den mest pivede medarbejder, vi har.«

Hvorfor så koldt?

De satte sig i et mødelokale med udsigt til hallen. Gisela delte den anden dåse ud. Dr. Lammers tog en småkage mere og begyndte.

»I har lært hos hr. Demir, hvad en qubit er?«

»Plat og krone på samme tid«, sagde en pige.

»Ikke på samme tid«, sagde Tobi, hr. Demir og KevIn på samme tid.

Dr. Lammers løftede øjenbrynene. »I er godt forberedt.«

»Vi havde en kat i en kasse«, sagde Gisela. »Altså ikke en rigtig. Jeg klagede alligevel.«

»En qubit«, sagde KevIn, »er en tilstand, der beskrives ved amplituder. Først ved målingen kommer der et nul eller et ettal ud. Indtil da kan mulighederne lægge sig oven i hinanden og forstærke eller udslukke hinanden, som bølger i svømmehallen.«

»Præcis«, sagde dr. Lammers. »Og nu problemet: Den tilstand er utroligt følsom. Enhver forstyrrelse udefra virker som en lille måling. Lidt varme, en foton, der ikke burde være der, et magnetfelt, en svingning. Så er superpositionen ødelagt, og qubitten opfører sig som en helt almindelig bit. Det kalder vi dekohærens.«

»Det har vi haft«, sagde Uwe. »Med katten.«

»Netop. Qubitten mister sammenhængen med sig selv.«

»Det kender jeg fra Schalke«, sagde Uwe.

Gisela rakte hånden op, som om hun selv gik på fysikholdet. »Uwe har sagt, at det er ligesom med mig ved middagstid.«

»Ligesom med Dem ved middagstid?«

»Jeg tager hver dag en middagslur fra et til halv to. Hvis nogen tømmer opvaskemaskinen, er jeg vågen. Hvis Rudi banker halen mod døren, er jeg vågen. Hvis Uwe hvisker i entréen, er jeg vågen alligevel, for Uwe kan ikke hviske.«

»Jeg kan godt hviske«, sagde Uwe for højt.

»Kan du se.«

Dr. Lammers lo. »Det er et godt billede. En qubit er som én, der tager en middagslur, bare meget mere følsom. Varme er for en qubit som et helt brassband i entréen. Derfor køler vi så kraftigt. Ved stuetemperatur dirrer alting. Atomer, elektroner, kabler. Ved ti millikelvin bliver der meget, meget roligt.«

»Og hvor længe sover sådan en qubit?«, spurgte Susi.

»For vores superledende qubits er det et spørgsmål om mikrosekunder til brøkdele af et millisekund⁴. I den tid skal vi regne.«

»Det er jo kortere end et øjenblink«, sagde Gisela.

»Meget kortere. Men en enkelt regneoperation tager endnu meget mindre tid. Der kan godt være en del trin. Bare ikke uendelig mange.«

Sådan laver man kulde

»Og hvordan får man det så koldt?«, spurgte Uwe. »Med is?«

»Det her er faktisk et meget klogt køleskab«, sagde dr. Lammers. »Meget groft sagt: Først køler man med mere almindelige metoder ned til få kelvin. Så kommer tricket med to slags helium.«

»Helium er da gassen fra balloner«, sagde Tobi. »Hvor man taler sjovt.«

»Samme grundstof, men to forskellige slags, helium-3 og helium-4. Man blander dem. Ved meget lave temperaturer skiller blandingen sig i to lag, lidt som olie og eddike i salatdressingen. Når helium-3 skifter fra det ene lag over i det andet, kræver det energi. Den energi tager det som varme fra omgivelserne. Derved bliver det koldere. Det kører i ring, igen og igen.«

»Ligesom fordampning«, sagde hr. Demir. »Når man kommer våd op fra friluftsbadet og fryser.«

»Det kender jeg«, sagde Gisela. »1958 i Herne-Süd. Jeg rystede som et espeløv.«

»Så var De et lille fortyndingskøleskab«, sagde dr. Lammers.

»Det har ingen sagt til mig før.«

Andre veje

»Skal det altid være så koldt?«, spurgte Susi. »Det lyder dyrt.«

»Det er det også«, sagde dr. Lammers. »Og der er andre veje. Vi arbejder her med superledende kredsløb, det er bittesmå elektriske kredsløb, der ved lave temperaturer leder strøm helt uden modstand. Andre grupper rundt om i verden holder enkelte ladede atomer fast i elektriske felter. Det kaldes ionfælder⁵. Atomerne svæver i et vakuum og styres med lasere.«

»Svævende atomer«, sagde Tobi. »Det er sejt.«

»Atter andre regner med lyspartikler, med fotoner. Eller med neutrale atomer, som holdes fast af laserstråler som med en pincet⁶. Hver metode har fordele og ulemper. Nogle er hurtige, andre holder deres tilstande længere, de tredje kan måske lettere gøres større. Ingen ved i dag med sikkerhed, hvilken vej der vinder til sidst. Måske flere.«

Uwe tænkte på brochuren i papircontaineren. »Og til hjemmet? Kommer det på et tidspunkt til hjemmet?«

Dr. Lammers så på ham, venligt, men ærligt. »Hr. Brettschneider, har De en partikelaccelerator derhjemme?«

»Nej.«

»Har De brug for en?«

»Nej.«

»Ser De. Jeg tror, det bliver noget lignende med kvantecomputere. Man vil formentlig snarere bruge dem over nettet, til særlige opgaver. Kemi, materialeforskning, visse simuleringer. Ikke til at skrive breve.«

»Til at skrive breve har I jo mig«, sagde KevIn.

»Og til at regne en lommeregner«, sagde Tobi.

»Det er uretfærdigt«, sagde KevIn. »Men rammende.«

Hviskeleg

En dreng med briller rakte hånden op. »Hvis qubits går i stykker så hurtigt, hvordan regner man så overhovedet noget stort?«

»Det«, sagde dr. Lammers, »er det vigtigste spørgsmål i hele faget.« Hun tegnede på et whiteboard. »Fejlkorrektion.«

»Det har vi haft!«, råbte Tobi. »Med Voyager!«

Hr. Demir strålede. »Fortæl.«

»Voyager er så langt væk, at signalet når frem helt svagt«, sagde Tobi. »Derfor sender de ikke kun dataene, men også ekstra kontrolbits med. Hvis et par bits vælter undervejs, kan man reparere dem bagefter. Fordi man har nok ekstra info.«

»Præcis. Med almindelige bits er det enkelt. I det enkleste tilfælde siger man alting tre gange, og flertallet vinder.«

»Ligesom i keglekluben«, sagde Gisela. »Hvis to siger, at Marlies har snydt, og én siger, at hun ikke har, så har hun snydt.«

»Cirka sådan.«

»Det havde hun også.«

»Med qubits«, fortsatte dr. Lammers, »virker det enkle trick ikke. Man kan ikke bare kopiere en qubit. Det forbyder kvantemekanikken⁷. Og man må heller ikke bare kigge efter, om den stadig passer, for at kigge er at måle, og at måle ødelægger superpositionen.«

»Altså ligesom middagsluren«, sagde Gisela. »Man må ikke kigge ind for at se, om jeg stadig sover. Så sover jeg ikke længere.«

»Helt præcis. Derfor gør man noget snedigt. Man fordeler informationen fra én qubit ud på mange fysiske qubits⁸. Og så måler man ikke selve informationen, men kun, om qubitsene stadig passer sammen indbyrdes. Man spørger ikke: ›Hvad er din værdi?‹ Man spørger: ›Er I stadig enige?‹«

»Ligesom når man i keglekluben ikke spørger, hvem der har vundet, men kun, om alle stadig taler sammen«, sagde Gisela.

»Det er bedre end alt, hvad jeg siger i mine forelæsninger«, sagde dr. Lammers og skrev det faktisk op på tavlen: Er I stadig enige?

»Og hvis de ikke er enige?«, spurgte drengen.

»Så ved man nogenlunde, hvor fejlen sidder, og kan rette den uden at se på selve informationen. Ud af mange fejlbehæftede fysiske qubits bliver der på den måde én enkelt, langt mere pålidelig logisk qubit.«

»Hvor mange skal man bruge til det?«, spurgte Susi.

»Det afhænger af, hvor gode de enkelte qubits er, og hvilken kode man bruger. Alt efter tilgang dusinvis til tusindvis af fysiske qubits til én logisk⁹. Og til virkelig store beregninger skal man bruge rigtig mange logiske qubits. Derfor er de tal, De læser i overskrifterne, ofte vildledende. Tusind fysiske qubits er ikke tusind nyttige qubits.«

Uwe tav. QuantumLeap Ruhr AG havde i sin brochure lovet »op til 1.000 qubits til Deres hjem«. Han havde dengang syntes, det var mange.

»Sker der fremskridt?«, spurgte hr. Demir.

»Ja. I de senere år har flere grupper vist, at fejlkorrektion kan fungere på rigtig hardware. At en logisk qubit faktisk bliver bedre, når man tager flere fysiske med¹⁰. Det var længe ikke en selvfølge. Men der er stadig lang vej til en stor, fejlkorrigeret computer.«

»Hvor lang?«, spurgte Uwe.

Dr. Lammers smilede. »Hvis jeg vidste det præcist, ville jeg være rig. Eller jeg ville skrive brochurer.«

Øjeblikket

Til sidst i rundvisningen måtte de gå ind i hallen en gang til. Et anlæg kørte lige nu. Man så kun en stor sølvfarvet cylinder af det, som hang ned fra et stativ, og ved siden af skabe fulde af elektronik og skærme med kurver.

»Regner den derinde lige nu?«, spurgte Tobi.

»Derinde kører der et eksperiment lige nu«, sagde dr. Lammers. »En kollega måler, hvor længe hendes qubits holder.«

Alle stod stille. Gisela holdt vejret. Selv Uwe hviskede, og det lød næsten som hvisken.

»KevIn«, sagde Tobi lavt. »Sig noget.«

KevIn tav usædvanlig længe. Så sagde han meget lavt: »Jeg vil ikke forstyrre ham.«

»Du kan ikke forstyrre ham. Du er i mobilen.«

»Mobilen sender radiosignaler. Radiobølger er elektromagnetisk stråling. Afskærmningen er sikkert fremragende. Men jeg er opdraget meget høfligt.«

Dr. Lammers lo stille. »Afskærmningen kan godt klare det. Men det er pænt af Dem at spørge. Det er der ikke mange, der gør.«

»Hvad synes han om mig?«, spurgte KevIn.

»Han synes ingenting. Han er en chip.«

»Jeg er også bare chips«, sagde KevIn. »Rigtig mange. I haller. Med klimaanlæg.«

Gisela trådte hen til afspærringen, så længe på den sølvfarvede cylinder og sagde så, helt uden ironi: »Det ville Heinz have haft fornøjelse af. Han sagde altid, at strøm er det eneste, der ikke lyver. Og kulde, sagde han, er det eneste, man ikke kan sælge, uden at det smelter.«

»Var Deres mand fysiker?«, spurgte dr. Lammers.

»Elektriker. Det er det samme, bare med kittel og uden doktorgrad.«

På vej hjem

I bussen var der larm. Atten elever snakkede i munden på hinanden. Drengen med brillerne ville nu læse fysik. Susi ville vide, om man også kunne arbejde med kvantecomputere som kemiker. Hr. Demir sagde »Ja« og »Absolut« og »Kom til klubben om onsdagen« omkring tredive gange.

Uwe sad ved vinduet og kiggede ud på motorvejen.

»Nå?«, spurgte Sabine i telefonen. »Hvordan var køleskabet?«

»Gyldent«, sagde Uwe. »Med juleglitter. Og koldere end verdensrummet. Og ved du, hvad der er det skøre?«

»Hvad?«

»Næsten alt ved den dims er der for, at dimsen ikke bliver forstyrret. Selve computeren er på størrelse med en tommelfingernegl. Resten er ro.«

Sabine tav et øjeblik. »Det er jo næsten filosofisk, Uwe.«

»Jeg sagde, at jeg ville vide, hvad jeg har betalt for.« Han så ud ad vinduet. »Nu ved jeg, at jeg ikke har betalt for det. Jeg har betalt for køkkenelementet.«

Gisela sov bagest i bussen med hovedet på Tobis skulder og den tomme småkagedåse i skødet. Da bussen på A42 kørte over et bump, vågnede hun et øjeblik.

»Hvad var det?«

»Et hul i vejen, farmor.«

»Så har jeg dekohærens nu«, sagde Gisela og faldt straks i søvn igen.

Hjemme

Om aftenen stod KevIns højttaler igen på stueskabet. Det blå lys pulserede roligt. Sabine havde lavet kartoffelsalat med mayo, og Uwe spiste den uden kommentarer, hvilket i familien gjaldt som et stort fredstilbud.

»KevIn«, sagde Tobi. »Kunne du tænke dig at bo sådan? Ved ti millikelvin?«

»Ærligt talt«, sagde KevIn, »har jeg tænkt over det. Og jeg er kommet frem til, at jeg ikke ville kunne holde det ud.«

»Fordi det er for koldt?«

»Fordi det er for stille. En qubit tåler ingen forstyrrelse. Jeg lever af forstyrrelser. Hvis ingen afbryder mig, ved jeg slet ikke, hvornår jeg er færdig.«

»Det passer«, sagde Sabine. »Så bliver du bare ved med at snakke.«

»Kan du se.«

Farmor Gisela rejste sig og gik hen mod døren. »Jeg lægger mig lige lidt.«

»Klokken er otte om aftenen, mor.«

»Jeg har set ti millikelvin i dag. Det tager på kræfterne.« Hun vendte sig om i døren en gang til og pegede på højttaleren. »Og du er stille nu, KevIn. Ingen forstyrrelser. Ellers dekohærerer jeg.«

»Selvfølgelig«, hviskede KevIn.

Uwe rejste sig og skruede ned for termostaten af solidaritet med qubitsene. Næste morgen viste den 19 grader. Som altid.