Sammenlignet med klassiske teknologier har kvanteteknologier væsentlige fordele, når vi søger ny forståelse af komplekse systemer. Her spiller særligt den stærkt øgede regnekapacitet en rolle.
Kvantesimulering er en undergruppe af de nye kvanteteknologier og er karakteriseret ved, at man simulerer komplekse systemer af kvantemekanisk natur ved hjælp af kendte og kontrollerbare kvantemekaniske systemer. Det kan for eksempel være en simulering af, hvordan proteiner opfører sig i en biologisk membran. Kvantesimulatorer forventes derfor at kunne bidrage væsentligt til at løse komplekse og vigtige problemer inden for biologi, kemi og medicin, som aktuelt ikke kan løses ved brug af nutidens klassiske computere.
For at realisere kvantesimuleringens store potentiale indenfor life-science-området har Novo Nordisk Fonden bevilget i alt 108,6 mio. kr. fordelt på to forskningscentre, der har til formål at udvikle og anvende kvantesimulatorer til at bidrage med ny og vigtig viden om komplekse biologiske processer og biomolekyler. Bevillingerne uddeles gennem Novo Nordisk Fondens Challenge Programme 2020.
Kvantesimulation af komplekse biologiske processer og biomolekyler
Det ene center hedder ”Solid-state quantum simulators for biochemistry (Solid-Q)” og ledes af professor Peter Lodahl fra Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet. Projektet bygger på anvendelse og integrering af to typer af kvantesimulerings-hardware med det formål at foretage kvantemekaniske beregninger af komplekse biomolekyler.
”Vores udgangspunkt er ny kvante-”hardware”, som vi har udviklet gennem årtiers dedikeret grundforskning. I dag er disse kvante-”byggeklodser” tilstrækkeligt gode til, at vi kan opskalere og adressere komplekse kemiske problemer. Dette kræver et interdisciplinært team, og det er en stor fornøjelse at samle ledende danske forskningsgrupper i Solid-Q. Vi håber at kunne foreslå og konstruere kvantesimulatorer, der hjælper os til at forstå og optimere proteinfoldnings problemer eller energitransport i fotosyntese, hvilket vil åbne nye perspektiver for udviklingen af lægemidler eller energieffektive materialer. Vi er meget taknemmelige for, at Novo Nordisk Fonden vælger at satse stort på dette område, som forhåbentlig på sigt også vil lede til nye danske erhvervsmuligheder,” siger Peter Lodahl, som modtager 60 mio. kr. til sin forskning.
Det andet center hedder ”Quantum for life” og ledes af professor Matthias Christandl, Institut for Matematiske Fag, Københavns Universitet. Projektet har til formål at udvikle matematiske algoritmer, der kan bruges til kvantesimulering af biomolekyler og dermed gør det muligt at studere f.eks. elektroners langdistance-vekselvirkninger. For at opnå dette vil forskergruppen samtidig udvikle en eksperimentel platform bestående af svævende atomer over en di-elektrisk membran til kvantesimulering.
”Elektronernes vekselvirkning er afgørende i biokemiske processer i lægemiddeldesign, som fx docking af to molekyler. Da vekselvirkningen er kvantemekanisk, er den meget svær at udregne med dagens klassiske computere og endda supercomputere. Kvantecomputere er derimod naturligt egnet til at tackle sådanne problemstillinger. Centret vil udvikle og anvende skræddersyede kvantealgoritmer, hvilket giver mulighed for at åbne et nyt kapitel i computational life-sciences her i Danmark. Med det nye center er jeg glad for, at den kvantematematik, vi arbejder med, kan bruges til at løse vigtige problemstillinger omkring fundamentale biologiske processer,” siger Matthias Christandl, som modtager 48,6 mio. kr. til sin forskning.
Fagområder mødes
Projekterne er interdisciplinære, og de forskerkonsortier, der udgør centrene, er kendetegnede ved både at involvere fysikere, matematikere, kemikere og biologer. Det er nødvendigt med denne diverse ekspertise for at opfylde ambitionerne om at udvikle højkvalitets kvantesimulatorer, der reelt vil give en forøget indsigt i life-science-området.
”Der ligger et meget stort potentiale i anvendelse af kvanteteknologier på life-science-området, og det kræver en tværfaglig tilgang på højeste niveau såvel inden for matematik og fysik som inden for de kemiske og biologiske fag at realisere dette potentiale. Danmark har en historisk førerposition både på kvante- og life-science-området, så det er helt oplagt, at ekspertise inden for begge områder går sammen om at tackle denne udfordring. De to projekter er meget ambitiøse, og det er vores håb, at de vil frembringe resultater, der kan være den nye gyldne standard for viden, der kan frembringes inden for biologi, kemi, og medicin, hvis man anvender kvanteteknologier,” siger Lene Oddershede, Senior Vice President, Natural & Technical Sciences, Novo Nordisk Fonden.
Om Novo Nordisk Foundation Challenge Programme
Novo Nordisk Foundation Challenge Programme blev etableret i 2014, og siden har fonden årligt uddelt et trecifret millionbeløb til ambitiøse forskningsprojekter med fokus på globale udfordringer. Programmet er målrettet forskningsprojekter, der med en tematisk tilgang adresserer nogle af de store samfundsudfordringer – heraf navnet Challenge Programme. I 2020 er der givet bevillinger inden for temaerne biodiversitet, kvantesimulering og hvordan svampes nedbrydning af plantebiomasse bidrager til vores klima.
Fonden har netop åbnet for ansøgninger til Challenge Programme 2021 med fokus på, hvordan tværgående forskning skal løse morgendagens udfordringer inden for sygdom og fødevarer.
Yderligere information
Sabina Askholm Larsen, Communications Partner, Novo Nordisk Fonden, tlf.: 2367 3226, [email protected]
Professor Peter Lodahl, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, tlf.: 2056 5303, [email protected]
Professor Matthias Christandl, Institut for Matematiske Fag, Københavns Universitet, tlf.: 5182 4325, [email protected]
