Kvanttitietokoneet ja kvanttilaskenta
Opetusteknologia Tekoäly Virtuaaliympäristöt
Paikka: Esityssali 35 -
Puheenjohtaja: Ari Korhonen
Ajankohta: 6.10.2022 14.15 - 14.45 (30 minuuttia)
Kohderyhmä: Yliopistot: Tiedekuntien opetushenkilöstö

Kvanttitietokoneet ja kvanttilaskenta
Olli Hatakka lehtori  at Karelia-ammattikorkeakoulu olli.hatakka@karelia.fi 050 3373299, 050 5118278


Hatakka Olli
Hatakka Olli lehtori  at Karelia AMK olli.hatakka@karelia.fi 050 3373299

Talvivaara Jarmo Lehtori  at Karelia AMK jarmo.talvivaara@karelia.fi 050 3339180

Emergentit teknologiat ovat vaikuttaneet opetusteknologiaan ja sen kehittymiseen koko tietokoneistetun historian ajan. Uudet teknologiset paradigmat ovat löytäneet hedelmällisen maaperän juuri opetusteknologian saralla. Monet nykyteknologian verkko-, some- ja muut teknologiat ovat tehneet esiinmarssinsa laajemman yleisön tietoisuuteen juuri opetusteknologisina innovaatioina tai niiden aikaisina sovelluksina. Näitä olemme nähneet ITK-konferensseissa kautta vuosien ja vuosikymmenten. Olemme ihmetelleet tekniikan kehitystä ja sitä, miten vuosi vuodelta olemme uudelleen yllättyneet yhä uusista tavoista siirtää, kehittää ja ylläpitää osaamista erilaisissa teknologia-avusteisissa järjestelmissä ja niiden mahdollistamissa ympäristöissä ja virtuaalimaailmoissa. Kehitys jatkuu ja uudet teknologiset ratkaisut, kuten erilaiset meta-, multi- ja omniversumit tuottavat jo maailmoja ja "todellisuuksia", joiden emme kuvitelleet olevan mahdollisiakaan. 

Tämä kehitys on asettanut kuitenkin yhä kasvavia teknologisia tehokkuus- ja nopeusvaatimuksia, ja samalla perinteinen binäärinen tietotekniikka alkaa saavuttaa laskennallista huippukapasiteettiaan. Tulevaisuus saattaa tuoda tähän jo lähiaikoina merkittävän laskentateknisen avun. Nimittäin jo noin sadan vuoden ajan tunnettu kvanttimekaniikka ja erityisesti siihen liittyvät normaalista fysiikasta poikkeavat kvantti-ilmiöt, ovat kiehtoneet tutkijoita teoreettisena mahdollisuutena tuottaa binäärisen Turingin koneen analogiana, huomattavasti matemaattisesti tehokkaampi, kvanttimekaniikkaan perustuva, kvanttitietokone. Tämä tietokone käyttää perinteisten bittien sijasta kvanttibittejä eli kubitteja, jotka kvanttimekaniikan eksoottisista ilmiöistä johtuen, voivat olla yhtä aikaa kaikissa mahdollisissa tiloissa arvon 0 ja arvon 1 välillä. Tämä niin sanottu superpositio mahdollistaa erittäin tehokkaan, tietyntyyppisten, esimerkiksi optimointitehtävien, äärimmäisen nopean ratkaisemisen. Superposition lisäksi tarvitaan toinen tärkeä kvanttimekaaninen ilmiö, ns. lomittuminen tai kietoutuminen, joka mahdollistaa lomittuneiden kvanttien välisen vuorovaikutuksen niiden keskinäisestä etäisyydestä riippumatta. Kun tällaisen lomittuneen kubittiparin ensimmäisen kvantin tilaan vaikutetaan, niin samalla vaikutuksen kohteena olevan kubittiparin toisen kvantin tila muuttuu tietyn ennalta tiedetyn logiikan mukaisesti. Nämä kaksi ominaisuutta mahdollistavat äärimmäisen tehokkaan laskenta-/tiedonsiirtokapasiteetin, jonka kvanttilaskentateoreettisesti ensimmäisenä esitti Paul Benioff vuonna 1980 ja tästä erinäisten vaiheiden jälkeen vuonna 1985 David Deutsch määritteli tuon ylläkuvatun universaalin kvanttitietokoneen universaalin Turingin koneen analogiana. Nyt näitä toimivia, eri teknologioihin perustuvia, kvanttitietokoneita on jo olemassa ja periaatteessa niiden laskentapalvelut ovat kaikkien saatavissa. Kuulostaa ehkä vaikealta, mutta ilmiön etujen ymmärtämiseksi ei tarvitse olla kvanttifyysikko.

Tässä esityksessä käymme läpi kvanttitietokoneiden ja kvanttilaskennan ilmiöön liittyviä käsitteitä ja perusperiaatteita, sekä luotaamme kvanttilaskennan nykytilaa, haasteita ja tulevaisuutta. Luomme myös kuvaa esimerkkien avulla siitä, miten kvanttilaskenta vaikuttaa ja tulee vaikuttamaan tulevaisuuden teknologioihin lähes kaikilla tieteen- ja teollisuuden aloilla. Pohdimme myös suomalaisen kvanttiekosysteemin muodostumiseen liittyvää koulutusstrategista näkökulmaa ja sitä ”mitä kaikkien meidän tulisi tietää kvanttilaskennasta”.