En dator i kylskåpet

”Studieresa för fysikkursen till ett forskningsinstitut för kvantteknik i Rhenlandet”, läste Sabine högt. ”Avfärd kl. 7.15 från skolans parkering. Vi söker fortfarande två medföljande vuxna. Stadiga skor. Inga metallföremål i närheten av anläggningarna. Varmt tack, M. Demir.”

”Jag tar det”, sa farmor Gisela.

”Mamma, har du inga metallföremål?” frågade Uwe.

”Jag har en höft av titan. Den tar jag med. Den ska ju inte stanna ensam hemma.”

”Och jag följer också med”, sa Uwe.

Alla tittade på honom. Uwe hade inte pratat gärna om kvanta de senaste veckorna. Aktierna i QuantumLeap Ruhr AG låg numera i pappersinsamlingen, tillsammans med broschyren där en leende man ställde in en kvantdator i ett platsbyggt kök. Under bilden stod ett citat som Tobi senare hade hittat i reklamen för ett vattenfilter också. Ord för ord.

”Jag vill se det med egna ögon en gång”, sa Uwe. ”Jag har betalat tvåtusen euro för en sådan grej. Då vill jag åtminstone veta hur den ser ut.”

”Du har betalat för ett löfte”, sa Sabine. ”Inte för en grej.”

”Det är likadant hos det kommunala energibolaget. Där kallas det a conto.”

Tobi himlade med ögonen. ”Ska ni båda följa med? På min studieresa?”

”Vi är väldigt tysta”, sa Gisela.

”Du sa ’Äntligen’ högt på bion när eftertexterna kom.”

”Filmen var ju slut.”

Från hörnet kom en harkling, något som KevIn egentligen inte kunde. ”Jag vill också anmäla mig som medföljande vuxen.”

”Du har inga skor”, sa Tobi. ”Stadiga skor.”

”Jag har en app. Jag kan följa med i din mobil.”

KevIn använde ogärna appen. Han sa att han kände sig som en människa i en resväska där inne. Men det här var den första kvantdatorn i hans liv, och han hade, som han betonade, ”aldrig förut besökt en kollega som bor kallare än jag”.

”Det är ingen kollega”, sa Tobi.

”Det vet vi först när vi tittar efter”, sa KevIn. ”Så är det med kvanta.”

Bussen

Kl. 7.15 stod Gisela på skolans parkering med två burkar kanelstjärnor och en termos. Kl. 7.16 hade hon delat ut den första burken till fysikkursen. Kl. 7.20 kunde hon förnamnen på alla arton eleverna, och tre av dem hade redan berättat för henne vad de ville göra efter studenten.

”Fru Brettschneider”, sa läraren Demir, ”ni är den bästa medföljande vuxna jag någonsin har haft.”

”Jag har fostrat en son och överlevt en kägelklubb”, sa Gisela. ”Efter det klarar man allt.”

Läraren Demir tittade på Uwe. Uwe nickade. Det fanns inget att tillägga.

Läraren Demir var i slutet av fyrtioårsåldern, bar mössan med Saturnus, en jacka med observatorieklubbens logga och hade, som Tobi sa, ”alltid ett sånt sken i ögonen när någon använder ljusår fel”. Han satte sig bredvid Uwe, eftersom den enda andra lediga platsen längst fram var den bredvid busschauffören, och busschauffören lyssnade på schlager.

”Herr Brettschneider”, sa han vänligt. ”Tobi har berättat för mig om er aktie.”

Uwe tittade ut genom fönstret. ”Tobi berättar för mycket.”

”Jag ville bara säga: Ni är inte ensam. År 1999 köpte jag en bok där det stod att vi skulle semestra på Mars år 2010.”

”Och?”

”År 2010 var jag i Bottrop.”

Uwe skrattade åt kvanta för första gången på flera veckor. Längst bak i bussen ropade Susi: ”Herr Demir, hur kall är den där grejen egentligen?”

”Det”, sa läraren Demir, ”ska någon som rör vid den varje dag förklara för er i dag.”

”Rör man vid den?” frågade Gisela förskräckt.

”Med handskar”, sa KevIn ur Tobis byxficka. ”Och med väldigt mycket känsla. Enligt allt jag har läst är det den känsligaste apparaten i hela Rhenlandet.”

”Känsligare än Herbert?”

KevIn funderade. Någonstans mellan Dublin och Frankfurt gick en fläkt lite fortare. ”Det är jämnt.”

Den gyllene kristallkronan

Institutet låg bakom ett stängsel, en bom och en portvakt som kontrollerade arton id-kort som om det gällde bankrånare. Vid Gisela tog det stopp.

”Titanhöften”, sa Gisela och klappade sig på sidan. ”Det står i passet. Alltså i höftpasset.”

Portvakten vinkade igenom henne.

Dr Friederike Lammers mötte gruppen i foajén. Hon var fysiker, ungefär lika gammal som Sabine, och bar gympaskor som hade sett många laboratorier. Hon tog alla i hand. Gisela gav henne en kaka.

”Vi går in i hallen strax”, sa dr Lammers. ”Rör ingenting, luta er inte mot ledningarna och hoppa inte.”

”Hoppa?” frågade Tobi.

”Skakningar”, sa hon. ”Våra datorer tycker inte om skakningar. När en lastbil kör förbi utanför märker vi det ibland i mätdata.”

Hallen var stor, ljus och förvånansvärt tyst. Det surrade, det klickade då och då, och i mitten hängde något från taket som ingen i bussen hade väntat sig.

Det var gyllene. Det bestod av flera runda skivor ovanpå varandra, som blev mindre och mindre längre ner. Mellan dem löpte tunna, slingrande kablar, hundratals, som glitter som någon hade hängt upp med stor omsorg.

”En kristallkrona”, viskade Susi.

”Så kallar vi den också”, sa dr Lammers. ”Det här är insidan av ett utspädningskylskåp¹. När det är i drift är det inpackat i metallbehållare, inkapslade i varandra som ryska dockor. Det här visar vi öppet, eftersom det är på service just nu. Längst ner, där det är som minst, sitter chippet med qubitarna.”

”Och resten?” frågade Uwe.

”Resten är kylning. Nästan allt ni ser här finns till för att det lilla chippet där nere ska ha det tillräckligt kallt.”

Uwe tog ett steg närmare. ”Så det här är en kvantdator.”

”Det här är ett kylskåp med en kvantdator i.”

”Hos QuantumLeap satt kvantdatorn i ett platsbyggt kök.”

Dr Lammers tittade på läraren Demir. Läraren Demir skakade diskret på huvudet. Hon frågade inte mer.

”Hur kallt?” frågade Susi.

”I drift ungefär tio millikelvin vid chippet². Det är tio tusendels grader över den absoluta nollpunkten. Kallare än så går det nästan inte att komma, fysikaliskt sett.”

En pojke på sista raden räknade. ”Alltså minus 273 grader?”

”Minus 273,14 grader Celsius, ungefär. Den absoluta nollpunkten ligger på minus 273,15. Vi är väldigt nära.”

”Och rymden?” frågade Tobi.

”Den tomma rymden, långt borta från alla stjärnor, håller ungefär 2,7 kelvin³. Det är efterglöden från big bang. Vårt chip är alltså mer än tvåhundra gånger kallare, om man räknar i kelvin.”

Det blev tyst i gruppen. Sedan sa en låg röst ur Tobis byxficka:

”Jag vill få något till protokollet.”

”KevIn, inte nu”, väste Tobi.

”Jag bor i ett datacenter. Där kyls servrarna till en temperatur som människor skulle kalla behaglig. Och det här chippet, som enligt fru doktorn har några få qubitar …”

”Några dussin”, sa dr Lammers road.

”… några dussin qubitar, bor kallare än rymden. I en gyllene kristallkrona.”

”Är du avundsjuk?” frågade Susi.

”Jag är en språkmodell”, sa KevIn värdigt. ”Jag känner ingen avund. Jag konstaterar bara att jag har en luftkonditionering och den där har ett palats.”

Dr Lammers skrattade. ”Jag kan trösta er. Han har det inte lätt. Han är den mest kinkiga medarbetare vi har.”

Varför så kallt?

De satte sig i ett mötesrum med utsikt över hallen. Gisela delade ut den andra burken. Dr Lammers tog en andra kaka och började.

”Ni har lärt er hos herr Demir vad en qubit är?”

”Krona och klave på samma gång”, sa en flicka.

”Inte på samma gång”, sa Tobi, läraren Demir och KevIn på samma gång.

Dr Lammers höjde på ögonbrynen. ”Ni är väl förberedda.”

”Vi hade en katt i en låda”, sa Gisela. ”Alltså ingen riktig. Jag klagade ändå.”

”En qubit”, sa KevIn, ”är ett tillstånd som beskrivs av amplituder. Först vid mätningen kommer det ut en nolla eller en etta. Innan dess kan möjligheterna överlagras och förstärka eller släcka ut varandra, som vågor i simhallen.”

”Precis”, sa dr Lammers. ”Och nu problemet: Det här tillståndet är otroligt känsligt. Varje störning utifrån verkar som en liten mätning. Lite värme, en foton som inte borde finnas där, ett magnetfält, en vibration. Då är överlagringen förstörd, och qubiten beter sig som en helt vanlig bit. Det kallar vi dekoherens.”

”Det har vi haft”, sa Uwe. ”Med katten.”

”Precis. Qubiten förlorar sin sammanhållning med sig själv.”

”Det känner jag igen från Schalke”, sa Uwe.

Gisela räckte upp handen, som om hon själv gick i fysikkursen. ”Uwe har sagt att det är som med mig mitt på dagen.”

”Som med er mitt på dagen?”

”Jag tar middagslur varje dag från ett till halv två. Om någon plockar ur diskmaskinen då är jag vaken. Om Rudi slår svansen i dörren är jag vaken. Om Uwe viskar i hallen är jag vaken ändå, för Uwe kan inte viska.”

”Jag kan viska”, sa Uwe för högt.

”Där ser du.”

Dr Lammers skrattade. ”Det är en bra bild. En qubit är som någon som tar middagslur, bara mycket känsligare. Värme är för en qubit som en hel blåsorkester i hallen. Därför kyler vi så hårt. Vid rumstemperatur darrar allt. Atomer, elektroner, kablar. Vid tio millikelvin blir det väldigt, väldigt lugnt.”

”Och hur länge sover en sådan qubit?” frågade Susi.

”För våra supraledande qubitar handlar det om mikrosekunder upp till bråkdelar av en millisekund⁴. Under den tiden måste vi räkna.”

”Det är ju kortare än en blinkning”, sa Gisela.

”Mycket kortare. Men en enskild räkneoperation tar ännu mycket mindre tid. Det får plats en hel del steg. Bara inte hur många som helst.”

Hur man gör kyla

”Och hur får man det så kallt?” frågade Uwe. ”Med is?”

”Det här är egentligen ett mycket smart kylskåp”, sa dr Lammers. ”I grova drag: Först förkyler man med vanligare metoder ner till några få kelvin. Sedan kommer tricket med två sorters helium.”

”Helium är ju gasen i ballongerna”, sa Tobi. ”Som man får konstig röst av.”

”Samma grundämne, men två olika sorter, helium-3 och helium-4. Man blandar dem. Vid mycket låga temperaturer delar sig blandningen i två skikt, lite som olja och vinäger i en salladsdressing. När helium-3 går över från det ena skiktet till det andra behöver det energi. Den energin tar det som värme från omgivningen. Därigenom blir det kallare. Det går runt i ett kretslopp, om och om igen.”

”Som avdunstning”, sa läraren Demir. ”När man kommer blöt upp ur utomhusbadet och fryser.”

”Det känner jag igen”, sa Gisela. ”1958 i Herne-Süd. Jag darrade som ett asplöv.”

”Då var ni ett litet utspädningskylskåp”, sa dr Lammers.

”Det har ingen sagt till mig förut.”

Andra vägar

”Måste det alltid vara så kallt?” frågade Susi. ”Det låter dyrt.”

”Det är det också”, sa dr Lammers. ”Och det finns andra vägar. Vi arbetar här med supraledande kretsar, det är pyttesmå elektriska kretsar som leder ström utan motstånd vid låga temperaturer. Andra grupper i världen håller fast enskilda laddade atomer i elektriska fält. Det kallas jonfällor⁵. Atomerna svävar i ett vakuum och styrs med lasrar.”

”Svävande atomer”, sa Tobi. ”Det är coolt.”

”Andra räknar med ljuspartiklar, med fotoner. Eller med neutrala atomer som hålls fast av laserstrålar som med en pincett⁶. Varje metod har fördelar och nackdelar. Vissa är snabba, andra håller sina tillstånd längre, ytterligare andra kan kanske lättare byggas ut. Ingen vet i dag säkert vilken väg som vinner till slut. Kanske flera.”

Uwe tänkte på broschyren i pappersinsamlingen. ”Och för hemmabruk? Kommer det att finnas för hemmabruk någon gång?”

Dr Lammers tittade på honom, vänligt men ärligt. ”Herr Brettschneider, har ni en partikelaccelerator hemma?”

”Nej.”

”Behöver ni en?”

”Nej.”

”Där ser ni. Jag tror att det blir likadant med kvantdatorer. Man kommer förmodligen snarare att använda dem över nätet, för speciella uppgifter. Kemi, materialforskning, vissa simuleringar. Inte för att skriva brev.”

”För att skriva brev har ni ju mig”, sa KevIn.

”Och för att räkna en miniräknare”, sa Tobi.

”Det där är orättvist”, sa KevIn. ”Men träffande.”

Viskleken

En pojke med glasögon räckte upp handen. ”Om qubitarna går sönder så fort, hur räknar man då ut något stort över huvud taget?”

”Det”, sa dr Lammers, ”är den viktigaste frågan i hela ämnet.” Hon ritade på en whiteboard. ”Felkorrigering.”

”Det har vi haft!” ropade Tobi. ”Med Voyager!”

Läraren Demir strålade. ”Berätta.”

”Voyager är så långt borta att signalen kommer fram jättesvag”, sa Tobi. ”Därför skickar de inte bara data, utan extra kontrollbitar också. Om några bitar slår om på vägen kan man reparera dem efteråt. Eftersom man har tillräckligt med extrainfo.”

”Precis. Med vanliga bitar är det enkelt. I det enklaste fallet säger man allting tre gånger, och majoriteten vinner.”

”Som i kägelklubben”, sa Gisela. ”Om två säger att Marlies har fuskat och en säger att hon inte har det, då har hon fuskat.”

”Ungefär så.”

”Det hade hon också.”

”Med qubitar”, fortsatte dr Lammers, ”fungerar inte det enkla tricket. Man kan inte bara kopiera en qubit. Det förbjuder kvantmekaniken⁷. Och man får inte heller bara kika efter om den fortfarande stämmer, för att kika är att mäta, och att mäta förstör överlagringen.”

”Alltså som middagsluren”, sa Gisela. ”Man får inte kika in och se om jag fortfarande sover. Då sover jag inte längre.”

”Just det. Därför gör man något finurligt. Man fördelar informationen i en qubit på många fysiska qubitar⁸. Och sedan mäter man inte själva informationen, utan bara om qubitarna fortfarande stämmer överens med varandra. Man frågar inte: ’Vad är ditt värde?’ Man frågar: ’Är ni fortfarande överens?’”

”Som när man i kägelklubben inte frågar vem som har vunnit, utan bara om alla fortfarande pratar med varandra”, sa Gisela.

”Det är bättre än allt jag säger på mina föreläsningar”, sa dr Lammers och skrev det faktiskt på tavlan: Är ni fortfarande överens?

”Och om de inte är överens?” frågade pojken.

”Då vet man ungefär var felet sitter och kan rätta det utan att titta på själva informationen. Av många felbenägna fysiska qubitar blir det på så sätt en enda, betydligt pålitligare logisk qubit.”

”Hur många behöver man för det?” frågade Susi.

”Det beror på hur bra de enskilda qubitarna är och vilken kod man använder. Beroende på metod dussintals till tusentals fysiska qubitar för en logisk⁹. Och för riktigt stora beräkningar behöver man väldigt många logiska qubitar. Därför är siffrorna man läser i rubrikerna ofta vilseledande. Tusen fysiska qubitar är inte tusen användbara qubitar.”

Uwe teg. QuantumLeap Ruhr AG hade i sin broschyr utlovat ”upp till 1 000 qubitar för ditt hem”. Han hade tyckt att det lät mycket då.

”Görs det framsteg?” frågade läraren Demir.

”Ja. De senaste åren har flera grupper visat att felkorrigering kan fungera på riktig hårdvara. Att en logisk qubit faktiskt blir bättre när man lägger till fler fysiska¹⁰. Det var länge inte självklart. Men det är fortfarande en lång väg kvar till en stor, felkorrigerad dator.”

”Hur lång?” frågade Uwe.

Dr Lammers log. ”Om jag visste det exakt skulle jag vara rik. Eller så skulle jag skriva broschyrer.”

Ögonblicket

I slutet av rundturen fick de gå in i hallen en gång till. En anläggning var i gång just då. Man såg bara en stor silverfärgad cylinder av den, som hängde i en ställning, och bredvid skåp fulla av elektronik och skärmar med kurvor.

”Räknar den där inne just nu?” frågade Tobi.

”Där inne pågår ett experiment just nu”, sa dr Lammers. ”En kollega mäter hur länge hennes qubitar håller.”

Alla stod stilla. Gisela höll andan. Till och med Uwe viskade, och det lät nästan som viskning.

”KevIn”, sa Tobi lågt. ”Säg något.”

KevIn var tyst ovanligt länge. Sedan sa han mycket lågt: ”Jag vill inte störa den.”

”Du kan inte störa den. Du är i mobilen.”

”Mobilen sänder radiosignaler. Radiovågor är elektromagnetisk strålning. Avskärmningen är säkert utmärkt. Men jag är väldigt artigt uppfostrad.”

Dr Lammers skrattade lågt. ”Avskärmningen tål det. Men det är vänligt att ni frågar. Det är inte många som gör det.”

”Vad tycker den om mig?” frågade KevIn.

”Den tycker ingenting alls. Den är ett chip.”

”Jag är också bara chip”, sa KevIn. ”Väldigt många. I hallar. Med luftkonditionering.”

Gisela gick fram till avspärrningen, betraktade den silverfärgade cylindern länge och sa sedan, helt utan ironi: ”Det där hade Heinz tyckt om. Han sa alltid att elektricitet är det enda som inte ljuger. Och kyla, sa han, är det enda man inte kan sälja utan att det smälter.”

”Var er man fysiker?” frågade dr Lammers.

”Elektriker. Det är samma sak, bara med rock och utan doktorstitel.”

På vägen tillbaka

I bussen var det högljutt. Arton elever pratade i munnen på varandra. Pojken med glasögonen ville nu plugga fysik. Susi ville veta om man kunde arbeta med kvantdatorer som kemist också. Läraren Demir sa ”Ja” och ”Absolut” och ”Kom till klubben på onsdagar”, ungefär trettio gånger.

Uwe satt vid fönstret och tittade ut på motorvägen.

”Nå?” frågade Sabine i telefonen. ”Hur var kylskåpet?”

”Gyllene”, sa Uwe. ”Med glitter. Och kallare än rymden. Och vet du vad som är det galna?”

”Vad?”

”Nästan allt på den där grejen finns till för att grejen inte ska bli störd. Själva datorn är lika stor som en tumnagel. Resten är lugn och ro.”

Sabine var tyst en stund. ”Det där är ju nästan filosofiskt, Uwe.”

”Jag sa att jag ville veta vad jag hade betalat för.” Han tittade ut genom fönstret. ”Nu vet jag att jag inte betalade för det. Jag betalade för det platsbyggda köket.”

Gisela sov längst bak i bussen med huvudet mot Tobis axel och den tomma kakburken i knät. När bussen körde över ett gupp på A42 vaknade hon till.

”Vad var det?”

”Ett potthål, farmor.”

”Då har jag dekoherens nu”, sa Gisela och somnade genast om.

Hemma

På kvällen stod KevIns högtalare på vardagsrumsskåpet igen. Det blå ljuset pulserade lugnt. Sabine hade gjort potatissallad, med majonnäs, och Uwe åt den utan kommentarer, vilket i familjen räknades som ett stort fredserbjudande.

”KevIn”, sa Tobi. ”Skulle du vilja bo så? Vid tio millikelvin?”

”Ärligt talat”, sa KevIn, ”har jag funderat på det. Och jag har kommit fram till att jag inte skulle stå ut.”

”För att det är för kallt?”

”För att det är för tyst. En qubit tål inga störningar. Jag lever på störningar. Om ingen avbryter mig vet jag inte ens när jag är klar.”

”Det stämmer”, sa Sabine. ”Då fortsätter du bara att prata.”

”Där ser du.”

Farmor Gisela reste sig och gick mot dörren. ”Jag ska lägga mig en stund.”

”Klockan är åtta på kvällen, mamma.”

”Jag har sett tio millikelvin i dag. Det tar på krafterna.” Hon vände sig om i dörren en gång till och pekade på högtalaren. ”Och nu är du tyst, KevIn. Inga störningar. Annars dekoherar jag.”

”Självklart”, viskade KevIn.

Uwe reste sig och vred ner termostaten, av solidaritet med qubitarna. Nästa morgon visade den 19 grader. Som alltid.