Tapahtuma Interaktiivinen Tekniikka Koulutuksessa -konferenssi 2023 starts on 20. huhtikuuta 2023 klo 9.30.00 +0300
Mitä kvanttilaskenta ja -tietokoneet tarkoittavat koulutuksen ja opetuksen näkökulmasta
Opetusteknologia Oppimisympäristöt Tekoäly
Aseta suosikiksi
Paikka: Esityssali 21 -
Puheenjohtaja: Tarmo Toikkanen
Ajankohta: 20.4.2023 12.45 - 13.15 (30 minuuttia)
Kohderyhmä: Yliopistot: Asiantuntijat, suunnittelijat, ohjaajat, koordinaattorit

Mitä kvanttilaskenta ja -tietokoneet tarkoittavat koulutuksen ja opetuksen näkökulmasta
Hatakka Olli Lehtori  at Karelia-ammattikorkeakoulu olli.hatakka@karelia.fi 050 3373299, 050 5118278


Hatakka Olli , Lehtori
Karelia-ammattikorkeakoulu
olli.hatakka@karelia.fi

Talvivaara Jarmo , Lehtori
Karelia-ammattikorkeakoulu
jarmo.talvivaara@karelia.fi 0504339180

Kvanttilaskenta tulee, oletko valmis. Kvanttilaskenta on kvanttimekaanisiin ilmiöihin perustuva tietotekninen paradigma, joka mahdollistaa, tietyntyyppisten ongelmien ratkaisemisen, huomattavasti klassista tietotekniikkaa tehokkaammin ja nopeammin. Erityisesti erilaiset monimuuttujaiset mallinnus- ja optimointiongelmat ovat sellaisia, johon jo varsin vaatimattomalla kubittimäärällä varustettu kvanttitietokone pystyy bitteihin perustuvaa klassista tietokonetta paremmin. Kubitit ovat kvanttitietokoneen keskeisiä elementtejä, kuten bitit klassisessa laskennassa ja nykytietokoneissa. Kubittien toiminta perustuu kvanttimekaanisiin ilmiöihin, joista yksi on superpositio. Kun perinteisessä bitissä on kaksi vaihtoehtoa joko 1 tai 0, niin superpositiossa oleva kubitti voi olla arvolta 1 tai 0, mutta myös mitä tahansa näiden väliltä. Kun superpositiossa olevat kubitit lomittuvat ne toimivat yhtenä suurena joukkona, jolloin mahdollisten yhdistelmien tuottamien tilojen määrä kasvaa lomittuneiden kubittien määrän (N) kasvaessa, kaavan 2^N mukaisesti.  Kun klassinen tietokone voi olla missä tilassa tahansa, se voi kuitenkin olla vain yhdessä tilassa kerrallaan, siinä missä kvanttitietokone voi olla kaikissa kaavan mukaisesti kubittien määrästä laskien kaikissa tiloissa yhtä aikaa. Tämä tarkoittaa sitä, että jos perinteinen tietokone haluaa löytää labyrintin lyhimmän ja parhaan reitin, se joutuu laskemaan jokaisen reitin yksi kerrallaan, kun kvanttitietokone pystyy laskemaan kaikki reitit yhtä aikaa ja näistä on mahdollista löytää paras reitti varsin helposti. 

Tuo hyvin vahvasti yksinkertaistettu esimerkki antaa hyvän käsityksen siitä miksi Kvanttitietokoneet ja kvanttilaskenta herättävät suuria odotuksia ja kiinnostusta laaja-alaisesti hyvin monilla toimi- ja elämänaloilla.

Tässä esityksessä tulemme käymään läpi kvanttilaskennan merkitystä laajemmin, sekä tulemme tarkastelemaan asiaa koulutuksen ja opetuksen näkökulmista.

Kvanttilaskenta on vielä kypsyvä teknologia, mutta jo nyt nähdään, että sillä voi olla laaja merkitys koko maailmaa koskevien ongelmien ja kriisien ratkaisussa, puhumattakaan koko inhimillisen toimintakulttuurin muutoksesta, joka voi seurata tästä lähes kaikilla elämänalueilla.

Kvanttilaskenta vaatii erityistä osaamista ja taitoa, ja siksi koulutus on tärkeä osa sen käyttöönottoa ja kehittämistä. Kvanttilaskentaa voi opiskella esimerkiksi yliopistoissa tai ammattikorkeakouluissa erikoisalana tai osana laajempaa tietojenkäsittely- tai tietotekniikka-alan koulutusta. Koulutuksessa opiskelijat saavat perustiedot kvanttilaskennasta ja sen sovelluksista, sekä harjaantuvat kvanttilaskentaa hyödyntävien algoritmien kehittämisessä ja sovelluksissa.

Koulutuksen ja opetuksen näkökulmasta näyttäisi tarvittavan ainakin seuraavanlaisia kokonaisuuksia:

1.     Kaikkia osallistavaa ja yleissivistävää tietoa ja tietämystä Kvanttilaskennasta ja kvanttitietotekniikan mahdollisuuksista eri elämänalueilla.
2.     Yrityksille suunnattua laajempaa ja räätälöityä koulutusta teemalla ”Miten liiketoimintamme voi hyötyä kvanttilaskennasta ja kvanttitietotekniikasta”.
3.     Lukioissa, korkeakouluissa tapahtuvaa syvemmälle menevää ja erikoistuvaa osaamista liittyen kvanttilaskentaan ja kvanttitietotekniikkaan.
4.     Yliopistoissa ja korkeakouluissa tutkimus-, kehitys- ja ohjelmointiosaamista kvanttilaskentaan ja kvanttitietotekniikkaan liittyen.
5.     Tämän lisäksi tulevat myös erilaiset interaktiiviseen teknologiaan liittyvät oppimisjärjestelmät, jotka tulevat hyödyntämään kvanttilaskentaa.

Tavoitteena synnyttää koulutuksen avulla edellytykset kvanttiekosysteemille ja sitä ylläpitävälle ”kriittiselle” massalle ja pitää Suomi korkean teknologian osaamisen ja soveltamisen suhteen vahvana ja yhtenä kärkiosaajamaana.