Kauppakamarilehti | 02.08.2022 09:48

Kvanttitietokoneet ovat teknologian suurin lupaus

IQM on Euroopan suurin yritys, joka kehittää, rakentaa ja toimittaa kvanttitietokonelaitteistoja. Se käyttää teknologiaa, joka perustuu suprajohtaviin siruihin. Otaniemessä toimivan yrityksen asiakkaina on pääasiassa eurooppalaisia tutkimuslaitoksia ja suurteholaskentakeskuksia.
IQM perustettiin Aalto-yliopiston ja VTT:n spin-offina. Huhtikuussa 2022 se sai Euroopan investointipankilta 35 miljoonan euron rahoituspäätöksen. Tässä artikkelissa yksi yrityksen perustajista, COO Juha Vartiainen avaa kvanttiteknologian nykytilaa ja näköaloja.

Juha Vartiainen, miten kvanttitietokone eroaa vaikkapa ns. supertietokoneesta?
Kvanttitietokoneen toimintaperiaate on erilainen. Se ei korvaa perinteistä tietokonetta eikä supertietokoneita. Se tulee niiden rinnalle ja niiden kiihdyttimeksi.
Supertietokone on yleiskäyttöinen ja tekee monenlaisia laskentatehtäviä. Kvanttitietokone ei sovellu mihin tahansa. Se sopii rajatuille alueille ja ennen kaikkea todella vaikeisiin laskentatehtäviin Samalla se parantaa samalla ratkaisevasti laskennan energiatehokkuutta.

Kvanttitietokoneen idea perustuu siihen hiukan hämmentävään ajatukseen, että kvanttimaailmassa yksittäinen partikkeli voi olla kahdessa paikassa yhtä aikaa. Miten tämä on mahdollista?
Kyse on kvanttimekaniikan perusperiaatteista, jotka kieltämättä ovat hiukan arkijärjen vastaisia ja selityksiä on yritetty löytää sata vuotta. Laskennallisesti tämä on kuitenkin hallittavissa.
Toinen asiaan liittyvä ja hiukan vaikeasti selitettävä ilmiö on kvanttilomittuminen, jossa useampia sähköpiirejä on kytkeytyneitä toisiinsa – jos yksi on toisessa tilassa niin toinenkin on. Näyttäisi siltä, että etäisyyksien päässäkin kaksi asiaa on riippuvaisia toisistaan.

Miten kvanttitietokoneen tehoa voisi kuvata esimerkiksi verrattuna perinteiseen tietokoneeseen tai ns. supertietokoneeseen?
Kun vaikkapa supertietokoneesta rakennetaan kaksi kertaa isompi, sen teho kaksinkertaistuu. Kvanttitietokone rakentuu eksponentiaalisesti: sen teho kaksinkertaistuu, kun siihen lisätään yksi bitti ja se pystyy lopulta ratkaisemaan valtavan isoja ongelmia, jotka eivät sovi lainkaan tavallisen tietokoneen muistiin.
Toisin sanoen kvanttitietokoneen suoritusteho ei ole millään vakiokertoimella suurempi kuin perinteisen tietokoneen, vaan sopivassa tehtäväluokassa se voi olla todella radikaalisti suurempi. Tämä on se Graalin malja, jota tässä haetaan.
Ensi vaiheessa nähdään maltillisempia nopeuskiihdytyksiä, ehkä kaksi-, kymmen- tai satakertaisi. Varsinainen maali on kuitenkin se, että lopulta kokonaan uudentyyppiset ongelmat tulevat mahdolliseksi ratkaista laskennallisesti.

Täysiverinen kvanttitietokone vaatii ehkä tuhansia kvanttibittejä. Millä tasolla olemme nyt?
Helmikuussa toimitimme viiden kvanttibitin järjestelmän. Nyt meillä on laboratoriossa testauksessa 20 kvanttibitin järjestelmä ja ensi vuonna on tulossa 50 bitin systeemi.
Onhan tässä vuosien matka siihen, että tehdään käänteentekeviä tuloksia. Mutta pienemmätkin laitteet ovat erittäin tärkeitä opetuksessa ja tutkimuksessa ja ennen kaikkea niiden päälle voidaan alkaa rakentaa ohjelmistoekosysteemiä. Meille on syntymässä startupeja ja niille pienimuotoinenkin kvanttitietokone on korvaamaton alustana.

Kiinalais-amerikkalainen teknovisionääri Kai-Fu Lee ennustaa, että QC voisi toimia vuonna 2041 noin 80 % todennäköisyydellä. Millä todennäköisyydellä Lee on oikeassa?
Kyllä hän jäljillä on. Kvanttitietokoneiden kapasiteetti kasvaa eksponentiaalisesti, samoin kuin perustietokoneissa on tapahtunut vuosikymmeniä. Kun mennään 20 vuotta eteenpäin, niin tällä logiikalla meillä pitäisi olla käytössä merkittävästi parempia koneita, siis suuren mittakaavan yleiskäyttöisiä laitteita.
Kvanttitietokone ei ole kuitenkaan on-off -kysymys, vaan olennaista on ns. kvanttihyödyn käsite. Siis se, tekeekö kvanttitietokone jotain hyödyllistä tai ratkaiseeko se jotain merkityksellistä paremmin kuin tavallinen tietokone. Tätä rajapintaa ei ole vielä kunnolla rikottu. Lähellä se kuitenkin on.
Yksi hyvä esimerkki on molekyylin mallinnus. Uuden molekyylin kemiaa voidaan laskemalla ennustaa ennen kuin itse molekyyliä on olemassa. Supertietokoneella tätä voidaan simuloida johonkin rajaan saakka, mutta kun rakennelmaan lisätään atomeita, perinteisen tietokoneen kapasiteetti loppuu.

Sanoit, että Suomeen on tullut alan start-upeja. Onko meille muodostumassa kvanttiklusteri?
Suomeen on todella syntynyt muutamia alan ohjelmistoja tekeviä yrityksiä. Yksi startup-yritys muutti hiljattain Oxfordista Suomeen. Intialainen yhtiö avaa yksikön Espooseen, toinen intialainen yritys, start-up, tuli perässä ekosysteemin innoittamana.

Mikä saa ne tulemaan? Onko Suomella mitään erityistä kilpailuetua ja jos, mikä se on?
Suomi on vahva osaamiskeskittymä. Täällä on tehty 50 vuotta hyvätasoista kvanttifysiikan tutkimusta. Meillä on VTT:n kaltaisia toimijoita, laadukkaat yliopistot. Suomessa on Bluforsin kaltaisia yrityksiä, jotka valmistavat kvanttiteknologiassa tärkeitä supermatalien lämpötilojen jäähdytyslaitteistoja. Pitää antaa kaikki kiitos teknillisen korkeakoulun kylmälaboratoriolle, jossa on punnerrettu vuosikymmeniä tämän asian perusteitten parissa.
Sen lisäksi Suomessa on maailmanluokan rahoitusjärjestelmä kasvuyrityksille. Julkisella vallalla on meillä tällaista eteenpäin katsovaa ajattelua.
Sitten on ihan yksinkertaisesti fyysinen läheisyys, joka auttaa myös ohjelmistoalalla. Läheisyys edistää innovaatioita, fyysisillä tapaamisilla on edelleen merkitystä. Tämä on nähty esimerkiksi Cambridgessa, jossa suurteholaskentakeskukset ovat synnyttäneet ympärilleen ohjelmistoyritysten ryppään.

Mitkä voisivat olla kvanttitietokoneiden merkittävimmät tulokset esimerkiksi terveyden ja hyvinvoinnin alueella?
Varmasti uusien lääkeaineiden löytäminen ja vanhojen parantaminen. Uusia lääkkeitä kehitettäessä tutkitaan uutta molekyyliä, sen kemiallisia ominaisuuksia ja proteiinien laskostumisia ja vastaavia. Jos tämä tehdään laboratoriossa kemian keinoin, se on erittäin kallista ja hidasta,
Tai sitten ymmärrämme paremmin parantavien aineiden vaikutuksia. Olin hiljattain Intiassa, jossa ollaan hyvin kiinnostuneita ymmärtämään kasviperäisten aineitten hoitavia mekanismeja tai luonnonlääketieteellisen, ns. ayurveda-hoitojen olemusta.

Mitä näin suorituskykyinen teknologia merkitsee vallankäytön ja poliittisen vaikuttamisen kannalta?
Mitä tahansa voimakasta teknologiaa voidaan käyttää hyvään tai pahaan. Poliittisen järjestelmän tehtävä on ohjata ja päättää miten niitä voidaan käyttää. Totta kai meidän pitää miettiä tarkkaan, onko syytä rajoittaa teknologioiden liikkeitä, etteivät ne joudu vääriin käsiin.
Samalla olisi vahingollista, jos kvanttiteknologian leviämistä rajoitettaisiin hyvin voimakkaasti tai hallitseva peruste olisi puolustuksellinen. Silloin teknologian tuottamat hyödyt viivästyisivät pahasti.

Usein on puhuttu siitä, että ensimmäisen toimivan kvanttitietokoneen käyttäjä voi halutessaan murtaa kaikki salasanasuojaukset ja esimerkiksi tuhota kryptovaluuttojen suojauksen. Kriittinen piste lienee se, kun joku saa kehitettyä ensimmäisen aidosti potentin laitteen. Onko tämä kilpailu, jossa voittaja vie kaiken?
Datan taltiointi internetiin on ollut halpaa ja helppoa ja sitä on valtavasti. Se, joka ensimmäisenä pääsee käsiksi tähän varantoon, saa tietysti mittaamattoman etulyöntiaseman. Jos tämä tapahtuu vaikkapa kymmenen vuoden päästä, meillä on kiire päivittää salausteknologiat turvallisiksi jo nyt.
Olemme nähneet USA:n ja Kiinan välillä paljon tämän lajin epäluottamusta. Euroopassa meillä ei ole varaa olla tässä sinisilmäisiä.
Toisaalta pitää muistaa, että kvanttiteknologia tarjoaa myös uusia ja täysin turvallisia tapoja suojata aineistoja. On olemassa idea kvanttiavainten jakeluteknologiasta, joka perustuu optisiin kaapeleihin tai satelliitteihin, ja se on luonnonlain perusteella murtamaton.
Näihin post-quantum -salausteknologioihin pitää satsata. Suomessa ja Euroopassa pitää olla teknologinen suvereniteetti. Toisin sanoen meidän on oltava eturintamassa – pidettävä huolta, että meillä on riittävästi ymmärrystä ja kehittyneitä laitteistoja, kun kvanttiteknologian läpimurto tapahtuu.

Olet sanonut, että kvanttitietokoneet voivat olla myös merkittävä loikka ilmastonmuutoksen ratkaisussa. Miten?
Kvanttitietokoneen laskentaoperaatiot eivät kuluta lainkaan energiaa. Tavanomaisessa tietokoneessa vapautuu pieni määrä lämpöä joka kerta, kun bitti muuttuu nollasta ykköseksi. Iso osa maailman sähköstä käytetään laskentaan. Toki jonkin verran energiaa kvanttitietokonekin vaatii, esimerkiksi suprajohtavuuteen perustuvat prosessorit edellyttävät hyvin alhaisia lämpötiloja.
Välillinen hyöty tulee sovellusten kautta. Kvanttitietokoneella voidaan tehdä materiaalitutkimuksia, kehittää parempia materiaaleja aurinkokennoihin ja akkuihin tai optimoida jonkin laitteen suorituskykyä. Esimerkiksi monimutkaisia logistisia ongelmia voidaan ratkaista paremmin.
Mitkä IQM:n näköalat ovat juuri nyt? Mikä rajoittaa eniten sen kasvua?
Tarvitsemme erittäin erityiskoulutettua työvoimaa ja sen saanti on meille kriittinen kysymys. Tarvitsemme tekijöitä kaikkialta maailmasta.
Jos saisit toivoa yhtä asiaa politiikalta tai markkinoilta, mikä se olisi?
Toivon, että maailma ei polarisoituisi enää yhtään lisää ja että rajat pysyisivät auki ihmisten kulkea ja teknologioitten liikkua – että tälle kehitystyölle kriittisten osien kauppa ei vaikeudu. Olemme nähneet jo nyt, miten protektionistiset toimet maailmalla ovat lisääntyneet.

Teksti Matti Apunen

Tämä artikkeli on osa Tampere Conversations 2022 (TC22) -tapahtumaa.
TC22 on uusi keskustelufoorumi, jonka aiheena ovat tällä kertaa digitaalisten teknologioiden uhat ja mahdollisuudet turvallisuudelle, demokratialle ja taloudelle. Tapahtuman järjestävät Tampereen yliopisto, Tampereen kauppakamari, Tampereen kaupunki ja Sitra.
Tampere-talossa 11.–12.8. pidettävän tapahtuman lisäksi TC22-teemoista julkaistaan asiantuntijahaastatteluja ja -kirjoituksia foorumin nettisivuilla.

Tutustu tapahtumaan ja artikkeleihin.