I renrummet MyFab Chalmers är luften extremt ren och fri från partiklar som damm, pollen och andra föroreningar. Det är en förutsättning för de känsliga processer som pågår här. Mikrochippen är så små att en enda dammpartikel kan vara större än komponenterna på chippet. Innan man får kliva in i lokalen krävs en noggrann process i flera steg för att ta på sig heltäckande skyddskläder.

– Det är en del att pilla med om man inte är van, men för oss som jobbar här och går in och ut flera gånger om dagen går det smidigt, säger Hans He, forskare på RISE.

Han är på plats i renrummet tillsammans med forskarkollegan Naveen Shetty för att tillverka så kallade kvanthallelement och kvanthallarrayer i grafen. Chippen tillverkas med hjälp av litografi, en metod där man med en elektronstråle ritar extremt små strukturer på materialet, i det här fallet grafen av högsta kvalitet. 

– Just nu kontrollerar vi grafenproverna innan vi fortsätter med resten av produktionsprocessen. De måste vara felfria för att det ska fungera. Från grafenprov till färdigt chip tar det ungefär en vecka här i renrummet, säger Hans He.

Precisionsmätningar på riksmätplatsen för elektriska storheter

Resistans och spänning är grundpelarna för elektriska mätningar. För att kunna lita på mätresultat krävs kalibrerade mätinstrument, och kvanthallchippen fungerar som referenspunkt högst upp i kalibreringskedjan för resistans. När chippen är klara transporteras de till riksmätplatsen för elektriska storheter hos RISE i Borås. Där väntar precisionsmätningar under flera veckor innan de är färdiga att användas.

– Vi har arbetat med realisering av resistans med hjälp av det kvantmekaniska fenomenet kvanthalleffekten och grafen framgångsrikt under flera år, och bland annat publicerat våra resultat i Nature Communications, säger Hans He.

Den klassiska halleffekten uppstår när en elektrisk ström går genom ett material i ett magnetfält. Då bildas en spänning i sidled. Ju starkare magnetfält, desto större blir spänningen. I vanliga material är förhållandet linjärt. Men i extremt tunna material, tvådimensionella system, vid mycket starka magnetfält och låga temperaturer, händer något oväntat. För vissa magnetfältsvärden antar resistansen i sidled exakt bestämda värden som bara beror på naturkonstanter. Detta kvantmekaniska fenomen kallas kvanthalleffekten.

– Med kvanthalleffekten får vi resistansvärden som är extremt stabila och väldefinierade, vilket passar perfekt för realisering av resistansenheten, säger Hans He.

Grafen ger nya möjligheter

Kvanthalleffekten har använts länge. Det nya är dels att använda grafen som gör det möjligt att skapa kvanthallelement som kan användas vid högre temperaturer, vid högre strömmar, och lägre magnetfält, dels att koppla ihop många kvanthallelement till så kallade arrayer.

– Med ett kvanthallelement i grafen får vi en exakt resistansnivå nära 12,9 kΩ. Men resistansvärden ute i industrin kan vara flera storleksordningar lägre eller högre. För att nå andra resistansnivåer krävs flera steg av sekundära kalibreringar, där varje steg ökar mätosäkerheten. För att komma runt det har vi utvecklat metoder för att koppla ihop många element till arrayer, vilket gör det möjligt att välja godtycklig resistansnivå för realiseringen, säger Hans He.

Utveckling i tre steg

Hans He beskriver utvecklingen som en trappa med tre steg. Första steget är enskilda kvanthallelement tillverkade av grafen, som nu är på väg mot internationell standardisering och som redan idag används i jämförelsemätningar mellan nationella metrologiinstitut. Andra steget är kvanthallarrayer.

– Än så länge är vi nästan ensamma i världen med att nå den stabilitet och kvalitet som krävs för arrayerna, så det är en bit kvar innan det kan bli en internationellt standardiserad metod, säger Hans He.

En begränsning med kvanthallarrayer är att resistansnivån bestäms i samband med tillverkningen (till exempel 100 Ω). Det tredje steget i trappan är därför programmerbara arrayer, där användaren i realtid kan ställa in önskade resistansnivåer med ett och samma chip. 

– Det är ett långsiktigt mål och kräver mycket forskning, men det har potential att bli den ultimata resistansstandarden. Spänningsnormaler baserade på ett annat kvantfenomen, Josephsoneffekten, har redan fullbordat denna resa, och är idag programmerbara, säger Hans He.

Stort internationellt intresse

Tekniken används redan idag internationellt. RISE samarbetar med och levererar de världsledande chippen till nationella metrologiinstitut i bland annat USA, Frankrike, Kanada och Sydkorea, och säljer chip kommersiellt till den kanadensiska mätinstrumenttillverkaren Measurements International Ltd.

– Vi märker att intresset växer hela tiden och vi får många förfrågningar, vi bjuds in till fler och fler forskningssamarbeten och den teknik vi tagit fram används aktivt både i forskning och kommersiell verksamhet, säger Hans He.

Samtidigt öppnar kvantteknologi dörren för banbrytande medicinsk forskning och läkemedelsutveckling. Det är inte en fråga om tekniken kommer att komma, utan när. Det är också en komplex fråga hur balansen mellan innovation och säkerhet ska hanteras. Vad som dock är klart är att ledarna inom Sveriges vårdsektor behöver agera nu, innan hotet blir verklighet.

En ny rapport från RISE i samarbete med E-hälsomyndigheten, finansierad av Vinnova, slår fast att tiden är knapp. Strategin som hackare redan använder kallas harvest now, decrypt later och innebär att krypterad data samlas in idag för att dekrypteras när kvantdatorer blir tillräckligt kraftfulla. De dekrypterade uppgifterna kan då användas i till exempel utpressningssyfte. För hälsodata, som behåller sitt värde under hela individens livstid, kan detta vara ett existentiellt hot.

- Det största hotet är inte teknisk osäkerhet utan passivitet, och det behöver beslutsfattarna bli medvetna om. Det finns inga färdiga standarder ännu men det finns grundstandarder för postkvantkryptografi, PQC, som innebär att arbetet kan påbörjas, och det behöver göras nu. Väntar vi med att starta tills allt är på plats riskerar vi att hamna flera år efter, säger Michael Popoff, senior forskare inom kvantteknologier på RISE.

Rapporten pekar på att de avgörande besluten behöver fattas nu, inför nya upphandlingar och i ledningsgrupper. De ramavtal som tecknas under 2026 kommer att avgöra om systemen är rustade med PQC till 2030, då EU kräver att de ska vara det. PQC är klassiska, icke-kvantbaserade algoritmer som är konstruerade för att stå emot attacker från kvantdatorer. Krav på PQC-beredskap måste med andra ord föras in omedelbart.

- Vi ser en utveckling där säkerhetskrav får en allt tydligare plats inom offentlig upphandling. Det ger offentliga aktörer en strategisk möjlighet att styra marknaden, säger Åse Lundh Gravenius, senior forskare och rättslig expert på RISE. 

Hon framhåller att det kan krävas möjlighet att utesluta leverantörer av säkerhetsskäl. Men frågan är inte bara teknisk. Den är också organisatorisk och etisk. Kvantresiliens måste förankras på ledningsnivå och integreras i riskhantering. 

- Lösningarna finns där, tekniken finns där, så låt oss prata om det. Det här är inte en IT-fråga utan är en ledningsfråga. Hälsodata är berättelser om människors liv, insamlade under tillit. Att skydda dem är inte bara en juridisk skyldighet utan också ett socialt ansvar, säger Michael Popoff.

Rapporten föreslår att Sverige snabbt tar fram ett tekniskt referensdokument för kvantresiliens inom vårdsektorn, innan internationella standarder är på plats. Ekonomiska incitament, som tidsbegränsade stöd för inventering och migreringsplaner, kan ge kommuner och regioner kapacitet att agera. Kunskapsstyrning och kommunikation är avgörande för att väcka handlingsvilja.

- Vi måste se synergierna. Det finns tydliga överlappningar mellan de åtgärder som krävs för kvantresiliens och de processer som nu följer av NIS2 och EHDS. Det handlar inte om nya resurser, utan om smart samordning och ett högt tempo, säger Åse Lundh Gravenius.

Budskapet är tydligt: hotet är framtida, men tidpunkten för att agera är nu. Vägen idag mot kvantresiliens handlar om att använda redan befintliga styrmedel strategiskt som upphandling, ledningsstyrning och samordning med andra regelverk.

I ett nystartat Vinnovaprojekt som leds av RISE ska man nu undersöka hur man ska genomföra övergången till kvantsäkra lösningar för hälsodata. I projektet arbetar man med typfall och i arbetsgrupper som motsvarar olika aktörer i ekosystemet. Tanken är att förbereda aktörerna som hanterar hälsodata, både privata och offentliga, för den migration till kvantsäkra IT-system som kommer att krävas. Projektet avslutas i slutet av 2028 och målet är då att ha en säkerställd övergång till kvantsäkra lösningar för vårdsektorn till 2030.

Läs hela rapporten (pdf) Forskningsrapport: Framtidens hot, dagens beslut -  policy för kvantsäkra hälsodata

Det som i dag beskrivs som en kommande teknisk omvälvning började för mer än hundra år sedan. 1925 lade Werner Heisenberg grunden till kvantmekaniken, ett genombrott som gjorde det möjligt att beräkna egenskaper hos elementarpartiklar, atomer, molekyler och fasta ämnen. Sedan främst 1970-talet har forskningen accelererat och lett till Nobelpris i fysik 2012, 2022 och nu senast 2025.

2025 utsågs också till Kvantfysikens år av FN. Forskningen har tagit ytterligare ett språng och nu talar alla om kvant: om nya sätt att kommunicera, om banbrytande datorkraft och om sensorteknik med precision bortom dagens begränsningar. Samtidigt finns kvantfenomen redan i vår vardag. GPS bygger till exempel på extremt precisa atomklockor, och LED-skärmar använder kvantprinciper för att generera ljus. Nu står vi inför nästa steg.

– Kvantteknikens utveckling kan jämföras med en industriell revolution, med potential att påverka många sektorer samtidigt – med nya möjligheter inom säker kommunikation, datorkraft och sensorer, säger Linda Johansson, ansvarig för området kvantteknologier på RISE.

Med kvantdatorer öppnas dörren för att lösa komplexa problem betydligt snabbare, till exempel för att ta fram nya material eller påskynda utvecklingen av läkemedel.
Även professor Göran Wendin, expert inom kvantteknologi vid RISE, ser stora framsteg framför sig:

– Under de kommande tio åren kan vi förvänta oss en spännande utveckling. Teknologier för superkänsliga kvantsensorer kommer att medföra väsentliga förbättringar inom mätteknik och kommer att ha stor påverkan på exempelvis tröghetsnavigering, militära system, superhögupplöst mikroskopi, medicinska diagnoser och mycket annat.

Snabb utveckling

Ett annat område är kvantkommunikation, där flygande fotoner kan möjliggöra kommunikation som inte går att avlyssna utan att det märks eller förstörs. Men användningen är ännu begränsad och i hög grad experimentell, menar Göran Wendin.

När det gäller kvantdatorer har utvecklingen gått snabbt de senaste tio åren. Den stora utmaningen är nu att skapa storskaliga, feltoleranta kvantdatorer som kan hantera problem som dagens superdatorer inte klarar. De stora leverantörerna ritar upp tidslinjer med revolutionerande genombrott fram till 2030 och förväntningar om verkligt kraftfulla kvantdatorer omkring 2035. Men att världen skulle förändras radikalt inom bara fem till tio år? Det tror varken Göran eller Linda, men det kommer att vara en spännande tid. 

- Inom branschen kommer vi att se stora framsteg som påverkar teknikutvecklingen, säger Göran Wendin, och berättar att RISE, som Sveriges forskningsinstitut, har en roll att hjälpa företag, offentlig sektor och organisationer att navigera i kvantutvecklingen.

RISE är bland annat aktivt i flera EU-projekt samt i Quantum Sweden Innovation Platform (QSIP) som är ett initiativ för att stimulera, främja och driva innovation inom kvantteknologi. Målet är att stödja framväxten och utvecklingen av en svensk industri som är globalt konkurrenskraftig och attraktiv, baserad på och genom kvantteknologi.

Högaktuellt just nu är till exempel kvantkryptering; att kunna skydda dagens data som framtidens kvantdatorer skulle kunna knäcka. EU har satt målet att exempelvis finansiella system och hälsodata ska vara skyddade senast 2030.

Förändrar industri och samhälle

Det händer alltså mycket i fronten, men i vilken utsträckning kommer utvecklingen att märkas av i samhället?

- Mitt svar är: förmodligen inte mycket eller inte alls. Det kommer vara en långsam utveckling under de kommande 20 åren, och som vi lätt vänjer oss vid och tar för given. Ungefär som att det kommer nya modeller av mobiltelefoner med jämna mellanrum. Jag tror bara att den kommer att bli tydlig när vi i framtiden ser tillbaka på dagens samhälle, säger Göran Wendin.

Han menar att vi snarare bör prata om en kvantevolution i stället för en kvantrevolution.

- Jag ser inte att kvantdatorer plötsligt kommer kunna lösa superviktiga problem för mänskligheten eller att det kommer hända något fantastiskt. Det tror jag inte. Det handlar om långsiktiga investeringar och tålamod. 

Linda Johansson är inte lika försiktig i sina visioner:

- Kvantteknikens utveckling kan jämföras med en industriell revolution, med potential att påverka många sektorer samtidigt. Med kvantdatorer kan vi lösa komplexa problem betydligt snabbare, för att till exempel utveckla nya material och snabbare ta fram nya läkemedel. Det här är teknik som kommer att förändra både industri och samhälle, menar hon och fortsätter:

- Det låter stort, och det är det. Men med tanke på vad kvantfysiken redan har gett oss, finns det goda skäl att vara optimistisk nu när nästa våg kommer.