Kvanttitiedettä ja toivorikasta maailmanparannusta

Tämän päivän ajatus pyörii tieteessä sekä kvanttiasioissa, koska uusin Tiede-lehti kolahti taas postiluukusta. Olen ollut tieteenalan lehtien uskollinen lukija monta vuotta ja muistan vieläkin, kun ensimmäisen kerran opin kvanttihiukkasista ja niiden käyttäytymisestä. Tuli hieno olo siitä, että tämä uusi tiede tuntuu romuttavan vanhaa maailmankuvaa maailmankaikkeudesta binaarisena ja yksiulotteisena tilana. Kvanttihiukkasilla tuntuu olevan aikaa ja paikkaa uhmaava yhteys, jonka paljasti lukemani tutkimus missä kaksi kvanttihiukkasta synkronoitiin ja toinen hiukkanen lähetettiin avaruuteen. Maahan jäänyttä kvanttihiukkasta pommitettiin eri tavoin ja huomionarvoista oli, että avaruudessa oleva kvanttihiukkanen reagoi maassa olevan kvanttihiukkasen tavoin. Aika mieletöntä. Kvanttitietokonetiede on nopeasti kasvava aihe Suomessakin, sillä valtion tekninen tutkimuskeskus (VTT) rakentaa parhaillaan 50-qubitin kvanttitietokonetta, jonka pitäisi valmistua vuoteen 2024 mennessä. Tämä avaa teknisen kehityksen uudet ulottuvuudet, jotka ovat tärkeitä kaikille tuleville, modernia tekniikkaa käsitteleville yrityksille, jotta ne voisivat hyödyntää ja ymmärtää sen merkityksen yhteismarkkinoilla. Kvanttilaskennan etuja suositellaan sen kyvystä käyttää valtavia määriä monimutkaisia ​​tietokantoja yhtäaikaisesti. Sillä voidaan myös testata samanaikaisia hypoteeseja useissa skenaarioissa tutkimuksen edistämiseksi esimerkiksi terveydenhuollon, finanssimarkkinoiden ja kyberturvallisuuden aloilla.


Quantum Computing antoi meille luovan tietokoneen. Opetammeko sen luomaan hyvää vai pahaa?


Ajattelin vähän avata mitä olen oppinut aiheesta maallikkona. Älkää kvanttitieteilijät saako aivoinfarktia, jos en selitä tätä tarpeeksi hyvin. Kvanttitietokonetiedettä on kuvattu tietojenkäsittelytieteen ja fysiikan sulautumiseksi (tästä kirjoitti kirjan vuonna 2007 McMahon). Perinteiset prosessidatan laskentamuodot toimivat bitteinä, binäärilukuina (0, 1) ja kyllä ​​tai ei-kysymyksinä. Perinteisessä laskennassa ja bitillä on kuitenkin joitain rajoituksia, koska bitti voi aina olla vain binäärisessä tilassa 0 tai 1. Se voi saavuttaa vain yhden lopputuloksen kerrallaan ja olla olemassa yhdessä “tilassa” kerrallaan. Kvanttilaskennassa laskennan perusta on qubit, joka tarkoittaa kvanttibittiä. Lokaatio voi olla binäärisessä tilassa 0 ja 1 ja tilassa, jota kutsutaan superpositiotilaksi. Lyhyesti sanottuna tämä tarkoittaa, että kvanttihiukkanen voi olla kahdessa paikassa ja tilassa samanaikaisesti.


Eli, kun perinteiset tietokoneet voivat laskea vain ylös- tai alaspäin suuntautuvan, positiivisen tai negatiivisen tuloksen, kvanttitietokone voi laskea lopputuloksen, joka käy läpi ylös- ja alaspäin, positiivisen ja negatiivisen tuloksen samanaikaisesti. Kvanttilaskenta ottaa huomioon usean universumin ja todellisuuden vaihtoehdon samanaikaisessa ympäristössä ja pystyy laskemaan monimutkaisia ongelmia tämäntyyppisen ajattelun avulla. Kvanttitietokoneen rakentaminen tarkoittaa fyysisen laitteiston rakentamista ja sellaisen ohjelmointikielen luomista, jolla on prosessointikyky työskennellä kvanttikvibitin kanssa. Suomessa VTT rakentaa konetta, joka voi aluksi toimia viidellä kbitillä ja lopulta tulla 50 kbitin laitteeksi. Tämä on innovaatiota, jota Suomi tarvitsee. Osallistumalla tällaisen laskentatehon rakentamiseen teemme itsestämme kilpailukykyisiä tulevaisuudessa ja toivon mukaan pystymme kehittämään parempia terveys-, rahoitus- ja kyberturvallisuusratkaisuja kotimaalle sekä myös mahdollisesti vientituotteena globaalille yhteisölle. Toivon että viime budjettiriihessä tehdyt 30m euron leikkaukset tieteeltä eivät rampauta tätä kyseistä ohjelmaa. Olisi erittäin lyhytnäköistä olla investoimatta uuteen teknologiaan, samaan aikaan kun vientiteollisuutemme supistuu vihreän siirtymän sivutuotteena.

Tieto kvanttitietokoneiden toimintaperiaatteista ja niiden rakentamisesta on edelleen vieras aihe monille ihmisille. Helppo tapa selittää se on kuvata kvanttitietokone on ajatella sitä kerroshampurilaisena. Fyysinen kvanttitietokone voi itse näyttää fyysisen laitteistonsa kannalta perinteiseltä tietokoneelta, mutta mikä tekee siitä "kvantin", on tapa, joilla tietokoneelementit rakennetaan ja nopeutetaan laitteilla, jotka mahdollistavat qubittien toiminnan. Koneesta tehdään kerroksittain toimiva yksikkö, josta löytyy vanhanaikainen CPU + prosessorit mutta niiden tehostamiseksi ollaan lisätty kvanttikiihdyttäjiä.


Googlella on jo ns. supertietokoneita, joissa he käyttävät massiivista laskentatehoa, tekoälyn yhdistelmää ja koneoppimista nopeamman ja tarkemman hakutuloksen saavuttamiseksi. Google on kuitenkin rakentanut myös kvanttitietokoneen, joka on tarkoitettu käytettäväksi tieteelliseen tutkimukseen. Googlen kvanttitietokone on onnistunut simuloimaan kemiallisia reaktiota, minkä on raportoitu antavan tutkijoille mahdollisuuden rakentaa erilaisia ​​skenaarioita kun he kehittävät ratkaisuja maataloudessa, akkuteknologian saralla sekä ilmastonmuutoksen torjunnassa (toisaalta, koska on kyse Googlesta, pelkään että näitä koneita käytettiin ensin sen ratkaisemiseksi miten orjuuttaa seuraavat 100 sukupolvea google-ads käyttäjiksi).


Suomessa kvanttitietokone tuo toivoa siitä, että sitä voidaan käyttää terveydenhuollon edistämiseen tutkimalla uuden tekniikan etuja, ehkäisemällä uusia taudinpurkauksia ja pandemioita. Koronavuosi on osoittanut, että mitä nopeampaa pystytään sekvensoimaan viruksia ja muita taudinaiheuttajia, tämä ymmärryksen lisääntyminen nopeuttaa toivon mukaan myös hoitokeinojen löytämistä.


Cyberdyne Systems vai ei?


Mikään uusi teknologia ei ole riskitöntä, ja tässäkin ehkä yksi kriittisimmistä riskeistä tulee mahdollisesta vahingosta suurelle yleisölle. Kvanttitietokoneiden nopeus ja ylivoimaisuus vanhanaikaisten tietojärjestelmiin verrattuna saattaa luoda tulevaisuudessa riskejä yksityisten tietojen hakkeroinnista henkilötietojen keräämiseen sekä hallitusten ylläpitämien maanpuolustus ja kriittisten infrojen järjestelmiin murtautumiseen.


Hallitukset ympäri maailmaa käyttävät edelleen vanhanaikaisia järjestelmiä yliherkissä sotilasoperaatioissa. Jos yksi toimija voi käyttää kvanttilaskennan etuja päästäkseen näihin systeemeihin, pandoran laatikko on avattu. Toisaalta rakentamalla isompia ja parempia kvanttitietokoneita, kehittäen samalla datan käytön eettisiä sääntöjä, tulemme aikakauteen, jossa tietokoneita voidaan pitää "luovina" yhteistyökumppaneina auttamassa yhteiskunnallisessa ongelmanratkaisussa, ilmastotieteessä sekä ehkä jopa sotien/konfliktien ratkaisemisessa. Tässäkin täytyy kuitenkin olla varovaisia. Me ihmiset olemme nimittäin siitä valitettava laji, että uuden hienon asian keksittyämme, ei mene kauaa ennen kuin yritämme käyttää sitä toistemme hallitsemiseen tai tuhoamiseen. Tästä on kokemusta atomipommeista, Wuhanin "gain of function" tutkimuksiin. Toivon kuitenkin, että emme tule käyttämään kvanttitiedettä toistemme alistamiseen tai muuhun salamyhkäiseen tarkoitukseen. On hyvä, että tasapäiset suomalaiset rakentavat kvanttikoneita tänne pohjolan perukoille, jos olisikin että sitten maailmassa on edes yksi näitä masiinoita, jota ei tulla käyttämään moraalisesti arveluttavin keinoin. Olen siis toivorikas mutta realisti tässäkin, joten en ylläty kauheasti jos VTT vuonna 2025 julkaisee, että ovat nyt kehittämässä uutta kyborgimaista eksoskeletonia, joka toimii kvanttitietokoneen mahdollistaman tekoälyn avulla. Ei muuta kun kellariin suojaan ja Guns n' Roses soimaan.


#tiede #kvanttitiede #tekoäly #vtt #kvanttitietokone #quantumcomputing



29 katselukertaa0 kommenttia