Kvanttilaskenta on tieteenala, joka herättää sekä uteliaisuutta että epäilystä. VTT:n kvanttiteknologian strategit Himadri Majumdar ja Pekka Pursula päättivät tarjota vastauksia mitä erilaisimpiin mieltä askarruttaviin kvanttikysymyksiin.
1. Korvaako kvanttilaskenta klassisen laskennan?
Olemme jo niin tottuneita tietokoneiden kiihtyvään kehitysvauhtiin, että oletamme kvanttitietokoneiden käytön olevan jo aivan kulman takana. Monet saattavat ajatella, että seuraavaksi hankittava kotikone voisi olla kvanttikone.
Tosiasia kuitenkin on, että tämänhetkiset kvanttitietokoneet ovat äärimmäisen tehokkaita vain tietyntyyppisten ongelmien ratkaisuun. Tämä tarkoittaa, että ne eivät todennäköisesti ikinä ole optimaalisia kaikkiin käyttötarkoituksiin. Ne eivät korvaa perinteistä laskentaa kokonaan, mutta laajentavat laskentatyökalujen valikoimaa, jonka avulla pystymme ratkaisemaan erilaisia haasteita.
2. Vaarantaako kvanttilaskenta kyberturvallisuuden?
Vuonna 2021 julkaistiin tieteellinen artikkeli, jossa analysoitiin, kuinka 20 miljoonan kubitin sirulla varustettu kvanttitietokone voi murtaa nykyisen RSA-salauksen vain kahdeksassa tunnissa. Tämä veisi nykyhetken tehokkaimmilta tietokoneilta yli miljoona vuotta. Artikkeli herätti tietenkin mielenkiintoa. Tämänhetkisissä kvanttitietokoneissa on kuitenkin vain satoja kubitteja, joten on turvallista sanoa, että mikään olemassa oleva kvanttitietokone ei vielä pysty murtamaan parhaita salauksiamme. Uhka on kuitenkin olemassa, sillä joskus käytössämme on vähemmän turvallisia salauksia, ja kvanttitietokoneet ja algoritmit myös kehittyvät päivä päivältä.
Tällä hetkellä investoiminen kvanttitietokoneen rakentamiseen tai käyttämiseen ylittäisi kuitenkin reilusti kyberturvallisuuden rikkomisesta saatavat edut. Kuitenkaan ei pidä tuudittautua valheelliseen turvallisuuden tunteeseen. Onneksi tähänkin pohditaan jo ratkaisua ja kvanttilaskennan kyberuhan pienentämiseksi kehitetään algoritmeja. Meillä VTT:llä kehitetään kvanttiturvallisia salausmenetelmiä, jotka eivät ole alttiita kvanttiuhille. Jotkut suomalaisyritykset tarjoavat jo tällaisia ratkaisuja. Vaikka hakkereilla olisikin tulevaisuudessa käytettävissään kvanttitietokoneita, kvanttihyökkäyksiltä suojautumiseen riittäisi vain verkkoselaimen ja virustorjuntaohjelmiston pitäminen ajan tasalla, aivan kuten nytkin.
3. Milloin koneet saadaan tosikäyttöön?
Se, milloin kvanttiteknologia on osa arkeamme, tarkoittaa eri ihmisille eri asioita. Saattaa kestää 50 vuotta saada aikaiseksi universaali kvanttitietokone, joka olisi kenen tahansa käytettävissä. Toisaalta seuraava kokeellinen esimerkki, johon kvanttiteknologia tarjoaa ratkaisun saattaa olla aivan nurkan takana, eli vuoden päässä. VTT:llä puhumme kvanttiedusta, mikä tarkoittaa joidenkin ongelmien ratkaisemista kvanttitietokoneella perinteistä tietokonetta nopeammin. Tämä edellyttää, että yritykset ja teollisuudenalat valmistautuvat ottamaan kvanttiteknologian käyttöön oikealla hetkellä saadakseen kustannushyötyjä tuotteissaan, prosesseissaan tai palveluissaan. Ennakointi kannatta, sillä kaikki asiat eivät tule tapahtumaan samanaikaisesti.
Jos joku väittää jo omistavansa kvanttipöytäkoneen, ei sillä todellisuudessa ole vielä juurikaan kapasiteettia. Kvanttitietokone, jossa on vain vähän kubitteja, ei ole avuksi käytännön ongelmissa. On ollut jopa puhetta, että kvanttitietokoneet olisivat osa matkapuhelimia 20 vuoden sisällä. Taskukokoisten kvanttilaitteiden tiellä on kuitenkin vielä melkoisia esteitä: esimerkiksi se, että kvanttitietokoneet ovat isoja ja tarvitsevat kokonaisen huoneen! Kvanttilaskenta itsessään tapahtuu hyvin pienessä tilassa, mutta tarvittavat tukijärjestelmät, kuten jäähdytyskoneet ja ohjauselektroniikat, ovat edelleen suuria. Niiden kehittäminen pienemmäksi vie aikaa. Meidän on kuitenkin hyvä muistaa, että 70-luvulla kukaan ei uskaltanut unelmoida siitä, että 50 vuoden kuluessa meillä kaikilla olisi taskussamme tietokone. Kuka siis tietääkään, mitä seuraavan 50 vuoden aikana tulee tapahtumaan!
4. BONUSKYSYMYS: Milloin teleportaatio on mahdollista?
Kvanttitietokoneen toiminta perustuu erääseen fysiikan periaatteeseen, lomittumiseen. Lomittuminen voidaan teoriassa nähdä informaation teleportaationa. Kysymys kuuluu: emmekö sitten voisi rakentaa koneita myös ihmisten ja esineiden teleportaatioon?
Emme. Kvanttitutkijat tunnustavat, että maailmamme vaikuttaa erikoisella tavalla ei-paikalliselta, mutta se ei tarkoita ihmisten tai minkään massan teleportaatiota. Kvanttitietokoneet eivät siis mahdollista teleportaatiota, niin näppärä kuin se olisikin.
