Kvantekomitéen

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer på dit felt?

En af de helt store udfordringer i dag i kvantefysik er at skalere små kvantesystemer til større og mere komplekse funktionaliteter. Lykkes dette, åbner der sig en helt ny verden af anvendelser, hvor delikate kvantemekaniske fænomener kan udnyttes til at opnå hidtil ukendt regnekraft, og ubrydelig information kan blive sendt over store afstande. Vi arbejder eksperimentelt med at konstruere kvantenetværk baseret på lys (fotoner) og stof (atomer) – populært sagt et kvanteinternet. Vi fremstiller specielle nanofotoniske komponenter, som muliggør, at en foton og et atom kan vekselvirke meget effektivt med hinanden. Baseret på dette, vil vi opskalere til større netværk, og bl.a. demonstrere en såkaldt “kvantesimulator”, der potentielt kan udføre beregninger, som ikke kan udføres på klassiske computere.

Hvorfor er netop dette forskningsområde så interessant?

Eksperimentel kvantefysik har gennemgået en rivende udvikling, og i dag har vi fuld kontrol over de basale byggesten for kvanteteknologi. Den store udfordring er at opskalere disse systemer og fx. generere et netværk af atomer, hvor hvert atom er indbyrdes koblet ved at udveksle netop en foton ad gangen. Kan man dette, opnås en række ny muligheder inden for kvantecomputing og kvantekommunikation. Vi begynder nu at se, hvordan man eksperimentelt kan syntetisere sådanne komplekse kvantemekaniske systemer i laboratoriet. Forskningsfeltet er i en rivende udvikling i øjeblikket, hvor mange års fundamental grundforskning begynder at lede til anvendelser. Det er fantastisk spændende at være med inden for et så diverst og hurtigt udviklende område.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Det er en stor ære at blive medlem af Videnskabernes Selskab med den fantastiske historie, som selskabet har. Jeg glæder mig til at få lejlighed til at vekselvirke med forskere inden for andre fagområder og forhåbentlig også at være med til at udbrede kendskabet til kvanteoptik.

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren

Jeg bor i Birkerød sammen med min kone Gera og to børn Rasmus (8 år) og Noah (6 år). I fritiden rejser vi meget og gerne aktive rejser, f.eks. kanoferie, langrendsture, men også besøg hos bedsteforældrene i hhv Holland og Jylland. Jeg er meget sportsinteresseret og har bl.a. dyrket triathlon, men i dag er tiden og kroppen ikke til mere end sporadiske løbe- og cykelture samt motionstennis. Desuden betyder mine to sønners umættelige appetit for alt med fodbold, at megen tid i weekenderne bruges i diverse haller og på stadioner.

Hvad er dit forskningsfelt – kort beskrevet?
I mit forskningsfelt udvikler vi metoder til såkaldt “Secure Multiparty Computation”. Det er velkendt, at man kan bruge kryptering til at beskytte data, mens de opbevares eller kommunikeres. Men i Secure Multiparty Computation er målet mere ambitiøst: Vi ønsker at beskytte data, også mens der regnes på dem. Det vil sige, at det ultimative mål er, at ikke engang den eller de, der udfører beregningen, har adgang til de data, der regnes på.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer på dit felt?
For at kunne udføre en sikker beregning kræves avancerede krypteringsmetoder, og ofte at flere parter samarbejde om beregningen. Det betyder, at beregninger med sikkerhed typisk er mindre effektive, end hvis vi dropper sikkerheden. Det giver en praktisk udfordring med at designe løsninger, der er effektive nok. Her har vi haft stor succes i de seneste 10-15 år. Men det leder samtidig til et fundamentalt åbent spørgsmål, der hører til i grundforskningen: hvor effektive kan sikre beregninger blive? eller sagt på en anden måde: hvad er prisen for sikkerhed?

Hvorfor er netop dette forskningsområde så interessant?
Effektive løsninger på problemet har umådelig mange anvendelser i vores moderne internet- og cloud-baserede samfund, hvor virksomheder og organisationer har stadig større problemer med at bevare kontrollen over deres egne data. Samtidig er de spørgsmål, vi ser på, i sig selv fascinerende fra et videnskabeligt synspunkt: er det muligt at samarbejde med andre parter (via Internettet f.eks.), selvom om du ikke nødvendigvis stoler 100% på dem, og samtidig beskytte dine egne data?

Academic field

Physics, information theory 

Short description of your research area

My research areas include Reversible computation and the thermodynamics of computation; quantum information, including quantum Shannon theory and quantum cryptography; application of algorithmic information and computational complexity theories to physical states and dynamics; and applications of quantum information theory to cosmology.

Academic field 

Physical and Theoretical Chemistry, Chemical Physics, Nanoscience

Short description of your research area

I work in a research area that was once called “molecular electronics” and was very focussed on understanding how charge and heat move through molecules with a view to designing molecular-scale electrical components. Today, the field is broader and the fundamental understanding we gain from single molecules studies of charge and heat transport is applied more broadly across chemistry and material science. In my group, we use theoretical methods with a goal of understanding chemical trends, and a particular focus on quantum interference effects in molecules.

Fagområde

Ingeniørvidenskab, fysik, optik, kommunikationsteknologier, kvanteteknologier

Hvad er dit forskningsfelt kort beskrevet?

Optisk kommunikation, som indebærer lige dele grund- og anvendt forskning inden for fysik, optik (lineær og ulineær), informationsteori, materialeforståelse, integreret fotonik og kvantekommunikation.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer?

At bryde skaleringen mellem højere datakapacitet og øget energiforbrug i kommunikationssystemer, særligt optiske kommunikationssystemer. Dette involverer blandt andet udvikling af nye metoder til at undgå komponent-parallellisering, altså hvor f.eks. en enkelt komponent kan behandle (generere og/eller processere) store datamængder, fremfor at lade flere parallelle komponenter behandle dele af den samlede datamængde. Dette kræver “beyond Moore’s Law” teknologier, som potentielt kan findes ved brug af ulineær optik i særlige optiske ulineære materialer. At finde de rette materialer og at designe applikationer, der udnytter deres potentiale, så der samlet set bruges mindre energi per sendt bit, er meget interessante udfordringer, som kan få stor samfundsmæssig betydning.

Hvorfor er netop dette forskningsområde interessant?

Internettet kan potentielt reducere vores energiforbrug betragteligt med “smart transport,” “smart buildings,” “smart lighting,” og andre intelligente optimeringer i samfundet. Men internettet bruger selv omkring 10% af al vores elektricitet, og da elektroniske teknologier har nået deres udmattelsespunkt indtil videre, er der stort behov for udvikling af helt nye kommunikationsteknologier, hvis energiforbrug ikke vokser med det eksponentielt voksende internet. Vi står derfor i en brydningstid, hvor grundsten til helt nye teknologier skal støbes, vel vidende at disse grundsten kan få stor indflydelse på et teknologiområde, der binder hele verdens befolkning sammen, og som kan hjælpe betydeligt mod klimaforandringer.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Inspiration. Jeg regner med at møde meget interessante mennesker med meget interessante ideer til at løse de store udfordringer, vores planet står over for. Jeg håber selv at kunne bidrage til de samtaler, jeg håber vil opstå. Vidensdeling og oplysning. Jeg håber, jeg kan bidrage til at “sprede buskabet” om, hvor meget interessant videnskab selskabet repræsenterer, og hvor store og vigtige emner der arbejdes med blandt selskabets medlemmer (og blandt deres kolleger). Jeg håber, jeg kan være med til at inspirere flere unge til at interessere sig for videnskab og kritisk viden i modsætning til løsrevne informationer, som så let kan tilgås i dag.

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren.

Jeg er 50 år, med en dansk far og japansk mor, og har derfor været ligeligt til store bøffer og sushi. På det seneste har jeg udfordret mig med at spise vegansk for at vænne mig til en mere klimavenlig kost. Jeg er gift med Sofie på 20’de år, og vi har tre dejlige børn, på 14, 16 og 18 år, og vi har to eurasierhunde (som skiftes til at fælde en del). Jeg går til karate, som giver lidt knubs og ømme ben, men mest af alt giver en indre ro og holder mig fra helt fysisk forfald. Indsatsen varierer dog med sæsonen for forskningsansøgninger. Jeg kan godt lide lange ture i skoven på mine terrængående rulleski, og jeg holder af at spille guitar og skrive sange. Jeg har, siden jeg var barn, været meget interesseret i astronomi og fysik, og som større mere af lysets natur og anvendelsesmuligheder.

Hvad er dit forskningsfelt kort beskrevet?

Spektralteori for operatorer med relevans for kvantemekanik.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer?

Det er meget få operatorer, vi kan udregne spektret for helt eksplicit. Derfor har vi brug for at forstå generelle sammenhænge og approximationssætninger for bedre at kunne behandle disse problemer.

Hvorfor er netop dette forskningsområde interessant?

Der er en meget hurtig udvikling i dette område i disse år. Dette skyldes i høj grad, at mange af problemerne er stærkt motiveret af landvindinger i fysik.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Spændende meddelelser på tværs af faggrænser.

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren.

Jeg elsker at rejse – helst længere ophold, så man får et indblik i, hvordan det er at leve og have en hverdag i andre lande. Derfor interesserer jeg mig også meget for at lære andre sprog – jo flere jo bedre.

Hvad er dit forskningsfelt kort beskrevet?

Mit forskningsområde er international politik og europæisk integration. Jeg interesserer mig for, hvordan diplomati og nationale interesser forandrer sig i takt med et stadigt tættere internationalt samarbejde og nye informationsteknologier. Særligt er jeg optaget af, hvordan det udfordrer vores gængse forståelser af demokrati, suverænitet og identitet. Jeg forsker i øjeblikket i forholdet mellem fortrolige internationale forhandlinger og offentligheden, samt hvordan digital disinformation spredes på tværs af landegrænser.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer?

Der er mange udfordringer inden for studiet af international politik. Et spørgsmål er, hvad den intense mediedækning af internationale forhandlinger betyder for vores evne til at skabe globale løsninger. Er de sociale medier med til at demokratisere udenrigspolitikken eller ødelægger de muligheden for at finde kompromiser mellem lande? Et andet spørgsmål er: Hvordan skal vi i Vesten forstå opstigende magter som Kina, Brasilien og Indien? Hvordan skal vi afkode deres hensigter og strategier? Hvordan vil det internationale system udvikle sig? Et tredje spørgsmål er, hvordan Danmark og Europa omstiller sig til et multi-polært system, og hvad den nuværende krise betyder for fremtidens samarbejde og for Europas plads i verden. Hvad gør Europa den dag, det ikke længere er amerikansk-vestlige normer og regler, der dominerer international politik? Disse spørgsmål er vigtige, for de handler grundlæggende om risikoen for konflikt og muligheden for fred.

Hvorfor er netop dette forskningsområde interessant?

Mit forskningsområde er interessant, fordi det er teoretisk, metodisk og empirisk udfordrende at analysere international politik i praksis. Diplomater mødes i fortrolige rum med fokus på diskretion, og det gør det svært for både almindelige borgere og videnskaben at få indblik i det udenrigspolitiske maskinrum – og dermed at acceptere de aftaler, der kommer ud af forhandlingerne. Derfor har vi akut behov for at få åbnet diplomatiet og kortlagt de grundlæggende dynamikker i international politik.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Jeg håber at kunne være med til at arbejde med spørgsmål som: Hvordan sikres den videnskabelige kvalitet i tværfagligt samarbejde? Hvordan kan værdien af videnskab og fordybelse nå ud til et bredere publikum? 3) Hvordan styrker vi befolkningens opbakning til fortsat at investere i uddannelse og forskning?

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren.

Jeg er vokset op i København. Som barn boede jeg også nogle perioder i USA og Israel med mine forældre og min bror. Jeg har læst og arbejdet i Frankrig, Italien og Canada og bor nu på Østerbro med min kæreste Stig og vores datter Naomi.

Hvad er dit forskningsfelt – kort beskrevet?

I min forskning undersøger jeg, hvordan proteiner fungerer, specielt er jeg interesseret i at kunne beskrive, hvordan de er med til at kontrollere forskellige biokemiske processer. Med en bred vifte af computer-metoder kan vi simulere, hvordan proteinerne indgår i vigtige kemiske processer. Med sådanne simuleringer får vi mulighed for at kortlægge bevægelserne af proteinerne under forskellige forhold, herunder forskelle mellem bevægelserne, når eksempelvis det naturlige substrat er bundet og en inhibitor (lægemiddel) er bundet. På den måde kan min forskning være med til at beskrive de dynamiske egenskaber af proteinet, når den 3-dimensionelle struktur for et givet protein er kendt. Herigennem kobles strukturen til både funktionen og fysiologien vha. en detaljeret forståelse af proteinets dynamik. Jeg er specielt interesseret i at forstå membranproteiner, som sidder indlejret i cellernes beskyttende membraner. Jeg ønsker at forstå, hvordan disse proteiner er med til at kontrollere vores velbefindende ved at lukke stoffer ind og ud af cellerne. I min forskning arbejder vi tæt sammen med mange forskellige eksperimentelle grupper, der undersøger proteinernes struktur og egenskaber. Kombinationen af de eksperimentelle undersøgelser og vores simuleringer betyder, at vi får en meget dybere forståelse, ofte med atomar indsigt, i mekanismerne bag den sofistikkerede biologiske funktion. Ofte kan computersimuleringerne give indsigt i forhold, som er ekstremt vanskelige (eller umulige) at studere eksperimentelt, og herigennem understøtter simuleringerne altså fortolkningen af de eksperimentelle data. Det gælder eksempelvis i studierne af, hvordan de fedtstoffer, som cellemembranen er opbygget af, kan være med til at regulere de indlejrede proteiners funktion. Når vi ældes, ændres sammensætningen af fedtstoffer i cellemembranen, og med computersimuleringer kan vi få et første indblik i, hvordan nogle aldringssygdomme kan forstås.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer på dit felt?

Den største udfordring inden for mit forskningsfelt er at få de tids- og længdeskalaer, vi kan simulere, til at nå de samme skalaer, som er eksperimentelt relevante. En simulering skal gerne brobygge mellem laboratorie eksperimenter og den atomare detalje. Der skal laves mange antagelser i en simulering mht. det kemiske system, der studeres, men denne grænse flyttes konstant. Computernes vækst har nu muliggjort, at vi kan studere fysiologisk relevante systemer. En afledt problematik er derfor, at der genereres enorme datamængder i en simulering. Det er en stor udfordring at analysere og fortolke disse data. Interdisciplinære tilgange, med brug af avancerede statistiske og “big data” metoder bliver nødvendige i fremtiden. Så vores forskning binder både teoretisk forskning og eksperimentel viden sammen, samtidig med at vi brobygger mellem strukturbiologi, medicinalkemi, informatik og statistik.

Hvorfor er netop dette forskningsområde så interessant?

Proteinmodellering er et fascinerende forskningsfelt, da det befinder sig i krydsfeltet mellem mange fagligheder (såsom farmakologi, medicinalkemi og biofysik) og mellem metoder fra både fysik, kemi, datalogi og matematik. I dette spændingsfelt kan man opnå en indsigt, som kan være med til at klarlægge mange forhold af livets kemi. Det er fascinerende at være med til at finde frem til denne viden, og bruge indsigten til at forstå sundhed og sygdom, og hvordan lægemidler fungerer. Det er min nysgerrighed mht. at forstå, hvordan ting (og proteiner) virker, der er drivkraften i min forskning. Men det er også dejligt at se, hver gang vores studier kan anvendes direkte af kolleger eller vækker virksomheders nysgerrighed. Nogle gange inden for de seneste år har vi faktisk været heldige og publiceret forudsigelser, som senere er bekræftet eksperimentelt, hvilket også er en stor tilfredsstillelse. Samtidig viser det hvordan simuleringer kan benyttes grundvidenskabeligt.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Jeg er meget taknemmelig og ydmyg over at blive tilbudt medlemskab at dette traditionsrige selskab, og jeg glæder mig til at deltage i møderne. Det bliver spændende at høre om, hvad der sker inden for andre fagområder i Danmark. Jeg ser også frem til at få udvidet mit netværk, og herigennem måske få mulighed for flere spændende tværfaglige forskningsprojekter. I mit nuværende virke som institutleder ved Institut for Kemi, Aarhus Universitet, har forskningspolitiske emner naturligvis også en bevågenhed, og jeg forventer at medlemsskabet også vil styrke mit netværk i den retning.

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren.

Jeg er født i det nordlige Aarhus og er uddannet i kemi og fysik fra Aarhus Universitet. Interessen for bio- og medicinalkemien fik jeg under et postdoc ophold ved University of California, Santa Barbara, hvor jeg lærte at udføre proteinmodelleringsstuder. Jeg er gift med Bo Brummerstedt Iversen og sammen har vi har to døtre, Marie på 19 år og Signe på 15 år. I alt har jeg arbejdet ca. 5 år ved udenlandske top-universiteter i USA og Australien. I vores familie holder vi meget af at rejse, og vi har rejst sammen mange steder i verden, både privat og gennem vores arbejde. Vi nyder alle fire at opdage andre kulturer og være aktive i naturen. Min fritidsaktivitet er vores have, og jeg nyder at være sammen med venner og familie. Vi er en aktiv familie, der har mange sportsaktiviteter. Jeg har gennem mange år været ungdomstræner i lokale håndboldklubber, efter at jeg selv stoppede som spiller på eliteniveau.

Hvad er dit forskningsfelt – kort beskrevet?

Vi studerer proteiners struktur, dynamik, foldning og funktion, og hvordan disse processer påvirker biologi og sygdomme. I vores forskning integrerer vi biofysiske modeller og computersimuleringer med eksperimentelle studier; vi bruger både computermodellerne til at fortolke eksperimenter og til at generere hypoteser, der kan testes eksperimentelt. Vores mål er at bygge et fundament, der kan bruges til at forstå liv på et molekylært niveau. Som et eksempel undersøger vi, hvordan genetiske ændringer kan føre til ændringer i proteiners foldning og funktion, og dermed give ophav til arvelige sygdomme. Gennem en tværvidenskabelig tilgang ønsker vi både at kunne forudsige, hvilke variationer der kan give ophav til sygdom, men også at forstå de molekylære mekanismer.

Vi er også interesserede i at forstå, hvordan proteiners dynamik påvirker deres funktion. Vi kombinerer molekylsimuleringer med biofysiske målinger til at beskrive proteinernes “dans” på et atomart niveau. På den måde kan vi bedre forstå, hvordan proteiner interagerer med lægemidler, eller hvordan de allermest dynamiske proteiner kan udføre deres funktion.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer på dit felt?

Jeg tror, at de største udfordringer, men også største muligheder, i forskning generelt opstår, når man begynder at kombinere information på tværs af metoder og discipliner. I vores forskning bruger vi information fra detaljerede, men også uperfekte, computermodeller med præcise biofysiske målinger, der ofte er svære at fortolke. Denne kombination giver os mulighed for at bruge detaljegraden fra modellerne med præcisionen fra eksperimenter. Men netop kombinationen giver også ophav til udfordringer, fordi vi skal oversætte mellem den eksperimentelle verden og modelbeskrivelsen. Det viser sig dog at netop dette benspænd—at prøve at lave modeller for hvad et eksperiment egentligt måler—ofte giver en ny indsigt i, hvad eksperimenterne kan bruges til.

En anden stor udfordring er at studere systemer på tværs af skalaer. Vi har ofte eksperimentel information om nogle få systemer, men ønsker for eksempel at kunne studere alle menneskets proteiner og alle de mulige variationer i disse. Computermodeller giver en unik mulighed for at skalere studier fra et til tusindvis af proteiner. Men biofysiske modeller af proteiner er komplicerede og langsomme, så vi er ofte begrænsede i den detaljegrad vi kan bygge ind i vores modeller.

Hvorfor er netop dette forskningsområde så interessant?

Siden jeg læste biokemi på Københavns Universitet, og måske endda lidt før, har jeg været fascineret af proteiner. Proteiner kan udføre et enormt antal forskellige funktioner og spiller både en central rolle i celler og biologi, men har også mange industrielle anvendelser. Og selvom vi har studeret proteiner i mere end 100 år, bliver de ved med at overraske. Vores forskning bruger aktivt en kombination af computermodeller og eksperimentelle studier; sidstnævnte oftest i samarbejde med andre grupper. Jeg lærer altid noget af at arbejde sammen med andre, og finder at mødet mellem forskere, metoder og spørgsmål er interessant og givtigt.

Hvad forventer du af dit medlemskab af Videnskabernes Selskab?

Jeg ser frem til at udvide min forståelse af dansk videnskab ved at møde og blive inspireret af forskere fra andre felter. Jeg glæder mig til at deltage i diskussioner om fremtidens udfordringer i dansk forskning og til at finde måder, hvorpå vi kan give yngre forskere de bedste muligheder.

Tværvidenskabelig kontakt kan styrke vores forskning og vores forståelse af videnskab. Det er altid inspirerende at mødes med engagerede personer, og jeg ser også frem til at dele mine egne tanker og ideer.

Fortæl lidt om mennesket bag forskeren

Jeg er født i København et par hundrede meter fra mit nuværende kontor, men er primært vokset op i Fredensborg. Jeg studerede i København og fik min ph.d. fra Cambridge. Efter et par år tilbage i København tog jeg igen ud, denne gang til en privat forskningsinstitution i New York, og er nu igen tilbage i København. Jeg nyder at slå græs og gå en tur i skoven; sidstnævnte gerne med mine døtre, førstnævnte med en podcast i ørerne. Jeg kan ofte findes med en espresso i hånden.