Skip to content Go to main navigation Go to language selector
Cyber security

Pystyvätkö kvanttitietokoneet koskaan ratkaisemaan käytännön ongelmia?

4 min read

Kvanttitietokoneiden toiminta on niin monimutkaista ja kunnianhimoista, että monien mielestä se kuuluu jo science fictioniin. Fyysikot John Martinis ja Ian Walmsley ovat kuitenkin kertoneet Zero Pressure -podcastissa Helen Sharmanille, että kvanttitietokoneiden vaikutus AI:n, kuljetusten logistiikan ja puolustus- ja turvallisuusalan kaltaisille aloille voi olla valtava.

Kvanttitietokoneita on ollut olemassa vasta noin vuodesta 1980 asti, mutta ala kehittyy nopeasti, ja jotkin asiantuntijat odottavat sen jo tuottavan suuria tuloksia. Kvanttiteoria kuvaa energian ja materian käyttäytymistä atomisella ja subatomisella tasolla, ja kvanttitietokoneiden kehitystyö keskittyy tätä periaatetta käyttävän tietokonetekniikan kehittämiseen.

AI

Perinteiset tietokoneet koodaavat tiedot binääriseen muotoon arvoihin 1 ja 0, mutta kvanttitietokoneet käyttävät kvanttibittejä eli kubittejä, joiden avulla kvanttitietokoneet voivat käyttää subatomisten hiukkasten kykyä olla samanaikaisesti useammassa kuin yhdessä tilassa, esimerkiksi 1 ja 0 samaan aikaan. Kvanttitietokoneiden potentiaali ratkaista perinteisille tietokoneille liian monimutkaisiksi osoittautuneita ongelmia herättää toivoa siitä, että tämä teknologia voi vaikuttaa yhteiskuntaamme mullistavasti.

Uusien molekyylien tutkimuksen avulla tehdyt lääketieteen läpimurrot, kuljetusjärjestelmien ja valmistuksen monimutkaisten logististen ongelmien ratkaiseminen, AI:n kehittäminen ja tietoliikenteen suojausten edistysaskeleet ilmailu- ja avaruustekniikassa ja puolustustekniikassa ovat kaikki mahdollisia etuja, jotka saattavat olla saavutettavissamme parin seuraavan vuosikymmenen aikana.

Entinen astronautti Helen Sharman keskustelee kiinnostavassa podcastissa Santa Barbaran University of Californian fysiikan professorin John Martinisin ja Ian Walmsleyn, Lontoo Imperial Collegen provostin ja kokeellisen fysiikan laitoksen johtajan kanssa. Heidän mukaansa työtä tarvitaan vielä paljon, ennen kuin käytettävissämme on koneita, jotka saavat aikaan yhteiskuntaamme tukevia konkreettisia sovelluksia. Kumpikin kuitenkin luottaa siihen, että halutut tulokset saavutetaan.

”Koneet pystyvät jo nyt ratkaisemaan kiinnostavia ja tärkeitä ongelmia, mutta vielä ne eivät pysty tuottamaan suoraa yleistä hyötyä", kertoo Ian Walmsley. ”Olemme kuitenkin vaiheessa, jossa toimintaa skaalataan suuremmaksi.”

Tähänastinen kehitys

Kvanttitietokoneet ovat edistyneet valtavasti sen jälkeen, kun fyysikko Paul Benioff esitteli alkuperäisen idean vuonna 1980, mutta kvanttitietokoneet ovat Martinisin ja Walmsleyn mukaan edelleen kokeellisessa vaiheessa. Suurin tähänastinen edistysaskel saattaa olla vuonna 2019 saavutettu kvanttiherruus, kun Google AI Quantumin työryhmä esitteli, miten ohjelmoitava kvanttilaite pystyi ratkaisemaan matemaattisen ongelman, joka oli liian vaikea perinteisille supertietokoneille. John Martinis kuului tämän työryhmän avainhenkilöihin.

”Kvanttiherruuskokeen tarkoitus oli osoittaa, että kvanttimekaniikka toimii ja että järjestelmän voi rakentaa”, kertoo Martinis.

”Edistymme koko ajan, ja tuo koe oli tärkeä virstanpylväs, mutta tarvitsemme vielä enemmän innovaatioita, ja meillä on joitakin haasteita, kuten (Martinisin käyttämän suprajohtavan alustan tapauksessa) vaatimus äärimmäisen alhaisissa lämpötiloissa työskentelemisestä.”

Muita haasteita ovat virheet nykyisissä testitekniikoissa sekä absorptio- ja ennustamattomuusongelmat, jotka haittaavat fotonialustojen käyttöä Ian Walmsleyn erikoisalaan kuuluvissa optisissa tietokoneissa. Myös lähes talon kokoisten koneiden energiankulutus on haaste.

Critical Networks - stock image

Toisaalta, kuten Walmsley kertoo, teknologian kehitykseen on jo investoitu paljon julkista ja yksityistä rahaa, ja se taas luo kilpailutilanteen, joka ohjaa kehitystä vähitellen kohti eräänä päivänä saavutettavia sarjavalmisteisia sovelluksia.

”Iso-Britannia on sitoutunut investoimaan miljardi puntaa muutaman seuraavan vuoden aikana, EU:n Quantum-lippulaivaprojekti on miljardin euron investointi ja Yhdysvaltain National Quantum Initiativeen on investoitu 1,5 miljardia dollaria”, kertoo Walmsley.

”Myös Singaporessa, Euroopassa, Kanadassa, Australiassa ja Japanissa on suuria ohjelmia, ja Kiinan ponnistelut on keskitetty Kiinan kansallisiin laitoksiin ja yliopistoihin. Tähän kaikkeen on luvattu huomattava määrä julkista rahoitusta, ja myös Googlen, IBM:n ja Microsoftin kaltaiset suuryritykset ovat investoineet tutkimukseen. Näiden lisäksi yksityisten sijoittajien pääomaa ohjautuu start-up-yrityksiin. Kun tämän kaiken laskee yhteen, summa on todella suuri.”

Mahdolliset hyödyt

Joidenkin asiantuntijoiden mielestä kvanttitietokoneiden avulla saatetaan lähitulevaisuudessa pystyä ratkaisemaan ilmastoon liittyviä ongelmia käyttämällä uusia kemiallisia algoritmeja parantamaan kasvien satoa ja tuottamaan parempia lannoitteita sekä hyönteisten torjunta-aineita, vaikka tämä ei olekaan vielä aivan kulman takana odotettavissa. Horisontissa siintää myös kvanttitietokoneiden käyttäminen ilmailu- ja avaruusteollisuuden, puolustusteollisuuden ja kuljetusalan monimutkaisen logistiikan optimointiin.

Ian Walmsleyn mukaan numeroiden satunnaiseen tuottamiseen käytettäviä yksinkertaisempia koneita on itse asiassa jo myynnissä. Niiden mahdollisia käyttökohteita ovat esimerkiksi markkinoiden simulointi ja koodijärjestelmien luominen suojattua tiedonsiirtoa varten.

”Kvanttitietokoneet noudattavat samaa trendiä kuin pöytätietokoneet,” sanoo John Martinis. ”Monimutkaiset ohjelmat suoritetaan datakeskuksissa ja me käytämme niitä etänä samalla tavalla kuin tehokkaita ohjelmia käytetään tällä hetkellä etänä. Tavalliset henkilöt, siis muut kuin julkisissa laitoksissa tai tutkimuslaboratorioissa työskentelevät, tulevat käyttämään kvanttitietokoneita tällä tavalla.”

”Google toivoo pystyvänsä valmistamaan miljoonan kubitin kvanttitietokoneen tämän vuosikymmenen loppuun mennessä,” hän lisää.

”Kvanttitietokoneiden parissa työskentelee paljon ihmisiä. Sillä voi olla valtava vaikutus maailmaan.”

Kuuntele Zero Pressure -podcastia

Löydät Zero Pressure -podcastin kaikilta alustoilta.