Kvanttitietokone tulee

Suomalaiset ovat mukana kehittämässä kvanttitietokonetta. Se voi jonakin päivänä suorittaa silmänräpäyksessä tehtävän, mihin supertietokoneelta kuluu vuosia. 

Aalto-yliopiston ja VTT:n kvanttiteknologian professori Mikko Möttönen (kuvassa) pitää mahdollisena, että kvanttitietokonetta pystytään tulevaisuudessa hyödyntämään vaikkapa uusien lääkkeiden kehittämisessä.

”Sen avulla voi ehkä mallintaa molekyylien rakenteita tai pidemmällä tulevaisuudessa monimutkaisiakin kemiallisia yhdisteitä.” 

Kvanttitietokone soveltuisi hyvin myös esimerkiksi liikenteenohjauksen ja logistiikan optimointitehtäviin. Huippunopeaa laskijaa olisi mahdollista käyttää finanssimaailmassa, arvioimaan vaikkapa riskejä tai oikeaa hintaa optioille. Se olisi hyvä myös erilaisissa suojauksissa ja kryptaamisessa. Tekoäly saisi kvanttitietokoneesta paljon lisää potkua.

Kvanttitietokone saattaisi auttaa jopa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä:

”Jos liikennevirtojen optimoinnilla liikenteen aiheuttamia päästöjä pystyttäisiin pienentämään kymmenenkin prosenttia, se olisi jo merkittävää.” 

Kvanttitietokone voisi välillisesti vauhdittaa myös muiden uusien keksintöjen syntymistä sekä tukea ympäristöystävällisen teknologian ja teollisuuden kehitystä.

Suomalaiset mukana urakassa

Luotettavasti toimiva kvanttitietokone, josta olisi esimerkiksi aitoa hyötyä yrityksille, antaa kuitenkin vielä odottaa itseään

Möttönen huomauttaa, että kvanttilaskenta on kaiken kaikkiaan varsin uusi, noin kolmekymmentä vuotta vanha tieteenala. Kvanttitietokonetta on kehitetty parikymmentä vuotta. Tänä aikana mahdottomalta näyttävä tehtävä on kuitenkin alkanut näyttää ihan oikeasti mahdolliselta.

Yhdysvallat, Google ja IBM ovat suunnanneet kvanttiteknologiaan jo miljardeja euroja, samoin esimerkiksi kiinalaiset

”Nyt aluksi kvanttitietokone pitää saadaan toimimaan luotettavasti, hinnalla millä hyvänsä. Siihen menee varmasti vielä vuosia. Mutta kone maksaa sitten itsensä nopeasti takaisin”, Möttönen pohtii.

Myös suomalaiset ovat mukana urakassa. Start up -yritys IQM rakentaa parhaillaan VTT:lle kvanttitietokonetta tutkimus-, kehitys- ja oppimiskäyttöön. Mötttönen on yrityksen perustajajäsen ja päätiedemies. 

Laskuja kubiteilla

Kun tavallinen tietokone operoi biteillä, niin kvanttitietokone laskee kubiteilla. 

Kubitteina käytetään tavallisesti fotoneita eli valohiukkasia, jotka on sidottu suprajohtaviin piireihin. 

Laskentanopeus perustuu siihen, että fotoni voidaan saada niin sanottuun superpositioon. Tällöin fotoni pystyy olemaan – arkijärjen vastaisesti – samaan aikaan kahdessa paikassa. Näin ollen se voi tehdä myös useaa laskutoimitusta samaan aikaan.

IQM rakentaa konetta, jossa on ensimmäisessä vaiheessa viisi kubittia, myöhemmin kubittien määrää kasvatetaan. Googlen rakentamassa Sycamore-kvanttitietokoneessa käytetään jo 54 kubittia.

”Kubitit pitäisi saada toimimaan yhtä aikaa, mikä on äärimmäisen haastavaa. Lisäksi niiden laskutoimitukset ovat hyvin herkkiä häiriöille, esimerkiksi lämpösäteilylle. Meidänkin kvanttitietokoneemme lämpötila lasketaan tämän takia lähelle absoluuttista nollapistettä”, Möttönen kertoo.

Vaikka jäähdytykseen kuluu toki energiaa, kvanttitietokoneet ovat paljon energiapihimpiä kuin supertietokoneet.

”Kun normaalilla supertietokoneella on noin 10 MW:n tehontarve, kvanttitietokoneella se on tuhat kertaa pienempi, luokkaa 10 kilowattia.”

Kvanttitietokone kännykässämme?

Tämänhetkiset kvanttitietokoneet ovat noin saunan kokoisia laitteita. Mutta voisivatko myös henkilökohtaiset tietokoneemme tai matkapuhelimemme olla jonakin päivänä kvanttitietokoneita?

”Kvanttitietokoneiden koko tulee todennäköisesti pienemään. Mutta tuskin ne lähiaikoina ilmestyvät pöydälle tai kännykkään – paitsi tietenkin pilven välityksellä.”

Matkapuhelinvalmistajista ainakin Samsung hyödyntää jo kvanttiteknologiaa, mutta hieman toisella tavalla, yksittäisen kvanttibitin avulla.

Se on lanseerannut 5G-puhelimen nimeltä Galazy A Quantum. Siinä viestitietoja suojataan kvanttimekaanisen satunnaislukugeneraattorin avulla.

---

Teksti: Matti Välimäki
Kuvat: Mikko Raskinen