2025: et begivenhetsrikt år for kvanteteknologi og metrologi

Både metrologi og kvanteteknologi har formet verden – men hvilken betydning har de for hverandre? Og hva betyr det for folk flest?

Dette er kvanteteknologi

Kvanteteknologi, eller kvantefysikk, handler om hvordan naturen oppfører seg når vi går helt ned på de minste byggesteinene: atomer, elektroner og andre partikler. Kvantefysikken skiller seg fra den klassiske fysikken i at egenskaper som energi og posisjon oppfører seg annerledes.  Energi og posisjon finnes ikke i en jevn strøm, men i små “pakker”, såkalte kvanta.

Til sammenligning, kan en vanlig fotball kan skytes med hvilken som helst fart, fra hvilket som helst sted. I kvantefysikken er det usikkert hvilken fart eller posisjon partikkelen har. Men man kan bruke beregninger av sannsynlighet, og gjøre målinger som kun kan måles i et heltall.

Hvilken betydning har kvanteteknologi for måling?

Justervesenet jobber med å sikre at målinger i Norge er både så nøyaktige som mulig og at de er sporbare – enten det er strømforsyning til en elbil, lyset i et pulsoksymeter, eller vekta på en fiskelanding. Forskning og metoder for realisering av måleenheter er grunnlaget for de mest praktiske behovene innen måling, noe som man ikke alltid tenker over.

Mye av denne forskningen og metodene bygger på kvanteprinsipper. Uten kvantefenomener ville mange av dagens mest presise målemetoder rett og slett ikke vært mulig, som for eksempel at:

• Elektrisk spenning og motstand realiseres gjennom kvantefenomener som Josephson-effekten og den kvantiserte Hall-effekten.
• Verdens mest presise klokker – atomklokker – baserer seg på svingninger i cesiumatomer. Dette er ren kvantefysikk.
• Lengde og lysstyrke måles ved hjelp av lasere og silisiumdetektorer – teknologier som ikke hadde vært mulig uten kvanteoppdagelser.

Dette er teknologi som brukes daglig i laboratoriene til Justervesenet.

Kvanteteknologi dagligdags for forskere

Justervesenet har jobbet med kvanteteknologi i over 30 år. Nils Johannes Mikkelsen, en av Justervesenets forskere, sier det slik:

– Kvanteteknologi er ikke noe vi venter på – det er noe vi bruker, hver dag.

Han synes det mest spennende med kvanteteknologi er at man kan jobbe med naturens aller minste byggesteiner. Det er noe mystisk med å kunne se inn i den verdenen som er så fjern fra det dagligdagse, likevel er det dagligdags for forskere.

Nøyaktighet er en forutsetning i kvanteforsøk. Det bidrar igjen til å gjøre alle typer målinger, enten det er optisk effekt, temperatur eller elektrisk strøm, mer presise og stabile. Men hans favorittkvanteteknologi er selvsagt atomklokker.

To kvanterevolusjoner – og vi er midt i den andre

Den første kvanterevolusjonen, på 1900-tallet, ga oss forståelsen av kvantefysikk. Den førte til oppfinnelser som lasere og MRI-skannere, og mye av den teknologien som folk bruker i dag. Den andre kvanterevolusjonen, som vi er inne i nå, handler om å kontrollere kvanteeffektene aktivt. Det gjør det mulig å utvikle:

• Kvantedatamaskiner som bruker kvantebits (qubits), som kan være både 0 og 1 samtidig – og derfor behandle mange mulige løsninger parallelt.
• Kvantesensorer som gir ekstremt presise målinger og vil være nyttig i alt fra helse til klimaovervåking. Ved hjelp av kvantesammenfiltring kan sensorer oppdage endringer som ellers ville vært umulige å måle.
• Kvantekommunikasjon som gir sikrere dataoverføring.

Og ikke minst: videre utvikling av presise og stabile målinger, som er grunnlaget for et moderne samfunn og har betydning for alle.

Derfor markeres verdens kvantedag

Rundt om i verden satses det stort på kvanteteknologi. SINTEF, en av Justervesenets samarbeidspartnere, har åpnet et senter for kvanteteknologi. I Sverige bygger forskningsinstitusjonen RISE, som også er metrologisk institutt, testinfrastruktur for små bedrifter. For å henge med må vi satse – og samarbeide på tvers av forskning, næringsliv og forvaltning. Derfor feirer vi verdens kvantedag, 14.april.

I tillegg er året 2025 utpekt som kvanteteknologiens år, og det er en påminnelse om at teknologien har formet utvikling, industri og hverdagsliv. Den har også formet metrologien i stor grad. Uten kvantemekaniske prinsipper ville vi ikke ha hatt like høy tillit til målesystemet som Justervesenets arbeid og samfunnet vårt er bygget på.