Teknologian tutkimuskeskus VTT ja suomalainen kvanttialan yritys IQM Quantum Computer ovat saaneet valmiiksi Suomen toisen kvanttitietokoneen Espoon Otaniemeen.
Uusi kvanttitietokone on kooltaan 20 kubitia, joka on kvanttitietokoneen vastine perinteisen tietokoneen bitille. Laite on siis suurempi kuin edellinen 5 kubitin malli, joka rakennettiin niin ikään Otaniemeen kansalliseen mikro- ja nanoteknologialaitokseen Micronovaan.
Kvanttitietokone on kvanttimekaniikkaan nojaava tietokone, jonka uskotaan teknologian kehittyessä päihittävän perinteiset supertietokoneet tietynlaisissa vaikeissa laskentatehtävissä. Näihin tehtäviin vaaditaan kuitenkin satojen kubittien suuruisia koneita.
Kvanttitietokoneet ovat erityistyökaluja, eikä niitä ole tarkoitettu korvaamaan perinteisiä tietokoneita yleistietokoneina. Nyt valmistunut 20 kubitin kvanttitietokone ei vielä sovi käytännön sovelluksiin esimerkiksi teollisuudessa, vaan se on tutkimuskäyttöön luotu välivaihe.
VTT:n mukaan uuden kvanttitietokoneen kehityksessä on saavutettu teknologisia kehitysaskelia, joiden vuoksi oli mahdollista kasvattaa kubittien määrää. Vahvan tutkimusperinteen pohjalta Suomella on VTT:n mukaan edellytykset nousta maailman kärkimaiden joukkoon kvanttialalla.
Espoossa luotu 20 kubitin kvanttitietokone kuuluu Euroopan suurimpiin. Maailman suurin kvanttitietokone on Yhdysvalloissa sijaitseva IBM:n viime vuonna käyttöön otettu 433 kubitin Osprey-tietokone. IBM on lupaillut ylittävänsä tuhannen kubitin rajapyykin lähiaikoina uudella Condor-koneellaan.
Niinistö: Yhdysvallat ja Kiina kvanttikilpasilla
Espoon kvanttitietokonetta pidetään valtion tasolla merkittävänä hankkeena, ja sen julkistamistilaisuuteen saapuikin puhumaan presidentti Sauli Niinistö.
– Suurvaltojen välisten kasvavien jännitteiden ja epävarmuuden aikakaudella Suomen on luotettava omiin vahvuuksiinsa: teknologiaan, asiantuntemukseen, innovaatioon ja kestävyyteen.
Niinistön mukaan teknologia on pitkään ollut ulko- ja turvallisuuspolitiikan keskiössä, ja sitä se on myös jatkossa suurvaltojen keskinäisessä kilvoittelussa.
– Suurvaltojen välinen kilpailu teknologisesta ylemmyydestä tapahtuu enimmäkseen Yhdysvaltain ja Kiinan välillä, mutta se vaikuttaa meihin kaikkiin. Tässä kontekstissa kvanttiteknologia on kriittisen tärkeää. Se sallii vallankumoukselliset edistysaskeleet laskentatehossa ja tietokonesimulaatioissa, presidentti sanoi puheessaan.
Niinistön mukaan kvanttitietokoneita voidaan käyttää moneen tarkoitukseen kuten esimerkiksi rokotteiden kehittämiseen ja se tuo mukanaan sekä uhkia että tilaisuuksia.
Kvanttitekniikka voi mullistaa turvallisuuspolitiikan
Kvanttitietokoneilla on myös turvallisuuspoliittinen ulottuvuutensa. Kvanttilaskentaa on pidetty teoriassa riskinä koko nykyisen internetin turvallisuusinfrastruktuurille, sillä suuren mittaluokan toimiva kvanttitietokone voisi murtaa nykyiset viestinnän salausmenetelmät käden käänteessä.
Nämä riskit ovat kuitenkin vielä kaukaisia, sillä nykyisten salausten murtaminen vaatisi moninkertaisesti suurempia kvanttitietokoneita kuin nykyisin on mahdollista rakentaa. Otaniemen tiloista löytyvä 20 kubitin kone ei missään nimessä tällaiseen pystyisi, vaikka se päätyisikin vääriin käsiin.
Tietoturvan tulevaisuuden mahdollisia ongelmia varten kehitetään kvanttilaskennan kestäviä tulevaisuuden salausalgoritmeja. Tämä kehitystyö on kulkenut rinta rinnan kvanttilaskennan kehityksen kanssa. Kvanttilaskennan kestävien salausten kehittämistä sotilaskäyttöön on pidetty useissa valtioissa kansalliselle turvallisuudelle elintärkeänä.
Uuden kvanttitietokoneen julkistustilaisuudessa puhunut Puolustusvoimien tutkimusjohtaja Jyri Kosola kertoi, että kvanttiteknologia voit tuoda sotilasmaailmaan paljon tätäkin suurempia mullistuksia. Roskakoriin voivat ennen pitkää lentää esimerkiksi perinteinen gps-häirintä, häiveteknologia ja jopa suurvaltojen ydinasedoktriinien peruskivet sellaisina kuin ne nykyisin tunnetaan.
– Erityisesti ydinasevalloille huolestuttavaa on painovoiman havainnointi kvanttiteknologian keinoin, jotka voivat tehdä meristä läpinäkyviä ja paljastaa merten syvyyksissä piileskelevät ydinohjuksia kantavat sukellusveneet. Se tekisi nykymuotoisesta ydinpelotteesta vanhentuneen. Ymmärrämme kaikki, että tällä olisi valtava vaikutus globaaliin voimatasapainoon, Kosola kertoi puheessaan.
"Tärkeä vaihe matkalla kohti kokonaistavoitetta"
Vuonna 2020 käynnistyneen kansallisen kvanttitietokonehankkeen ensimmäisenä tavoitteena oli rakentaa toimiva viiden kubitin kvanttitietokone, joka osoittaisi suomalaisen osaamisen kvanttitietokoneen kehittämisessä.
Hankkeen kokonaistavoitteena on rakentaa 50 kubitin laite vuoden 2024 loppuun mennessä.
– Valmistunut kvanttitietokone on erittäin tärkeä vaihe matkalla kohti hankkeen kokonaistavoitetta, 50 kubitin kvanttitietokonetta. Kehitystyötä jatketaan vuoden vaihteessa yhdessä IQM:n kanssa, ja tavoitteena on päivittää 20 kubitin kvanttitietokone 50 kubitin kvanttitietokoneeksi vuoden 2024 loppuun mennessä, VTT:n tutkimuspäällikkö Pekka Pursula sanoo tiedotteessa.
Valtion myöntämän määrärahalisäyksen avulla kvanttitietokonetta lähdetään tämän jälkeen kasvattamaan kohti 300:aa kubittia. Tämä vie kvanttitietokoneita kohti kvanttietua tai kvanttihyötyä, jolla tarkoitetaan sitä, että kvanttitietokoneita voitaisiin alkaa soveltaa käytännön tarkoituksiin esimerkiksi teollisuuden ongelmien ratkaisussa.
Toimittajille tiistaina puhuneen Pursulan mukaan tulevaisuudessa tällainen kvanttilaskennan käytännön sovellus voisi löytyä esimerkiksi akkuteknologian kehittämisestä. Kvanttilaskennan avulla voitaisiin murtaa akkujen kemian perustan salat, mikä voisi johtaa läpimurtoihin uudenlaisten akkujen suunnittelussa.
– On olemassa viitteitä siitä, että meidän nykyiset akkukemiat eivät ole lähellä teoreettista optimia, Pursula kertoi tiedotustilaisuudessa STT:lle.
Pursulan mukaan näitä monimutkaisia ja perusteiltaan kvanttimekaanisia kemiallisia reaktioita pystyttäisiin mallintamaan kvanttitietokoneessa samoilla kvanttimekaniikan periaatteilla paremmin kuin perinteisessä tietokoneessa.
Kvanttitietokone ei korvaa pöytäkonetta
Kvanttitietokoneista ei ainakaan lähitulevaisuudessa ole pöytätietokoneiksi, sillä niiden rakentaminen ja pyörittäminen vaatii monimutkaista laitteistoa. Esimerkiksi Espoossa käytössä oleva kvanttitietokone vaatii toimiakseen suprajohtavuutta, mikä taas vaatii osien jäähdyttämistä absoluuttisen nollapisteen tuntumaan.
Espoon koneen verrattain pieni kvanttipiiri vaatii ympärilleen valtavan laitteiston ja savustuspönttöä muistuttavan kuoren, joita käytetään jäähdytykseen. Suprajohtavuus tarkoittaa sitä, ettei materiaali vastusta lainkaan sähkövirtaa.
Suprajohtavuus on tähän asti vaatinut erittäin matalia lämpötiloja tai kovia paineita, mutta huoneenlämmössä ja normaalioloissa toimivan suprajohteen unelma elää yhä monien tutkijoiden mielessä. Hiljattain tiedemaailmaa kohahdutti uutinen väitetystä huoneenlämmössä toimivasta suprajohteesta.
Sittemmin muut tutkijat eivät onnistuneet tulosten toisintamisessa, ja suurin osa alkuperäisen tutkijaryhmän jäsenistä on vaatinut Nature-lehdessä julkaistun tutkimusartikkelinsa takaisinvetoa, kertoo New York Times.
Vaikka huoneenlämmössä toimivan suprajohteen pulma jonain päivänä onnistuttaisiin ratkaisemaan, tämä ei silti tarkoittaisi sitä, että Espoon koneen kaltaista kvanttitietokonetta voitaisiin käyttää ilman tehokasta jäähdytystä, kertoo Pursula.
– Jäähdyttämisellä on kvanttitietokoneessa kaksi funktiota: ensimmäinen on se, että meidän pitää mennä kylmiin lämpötiloihin, jotta materiaalit muuttuvat suprajohtaviksi. Toinen yhtä tärkeä syy on se, että jäähdyttämällä saadaan kubittien kvanttikoherenssia häiritsevää lämpökohinaa pienemmäksi. Huoneenlämpöinen suprajohde ratkaisisi vain toisen näistä haasteista, Pursula kertoo.
Kvanttikoherenssi viittaa kvanttimaailman ilmiöön, jossa kohde voi olla samanaikaisesti kahdessa eri tilassa. Ilmiö on kuitenkin äärimmäisen herkkä ja tuhoutuu pienimmästäkin vuorovaikutuksesta, mikä on suuri haaste kvanttitietokoneiden koon kasvattamisessa.