Kvantti 2.0 -aikakausi tuo mukanaan kokonaisen joukon uusia sovelluksia, jotka tulevat vaikuttamaan yrityksiin ja teollisuuteen merkittävällä tavalla. Kuinka pitkällä olemme kvanttiteknologian kaupallistamisessa? SemiQonin toimitusjohtaja Himadri Majumdar puhuu kvanttiteknologian mahdollisuuksista ja nykyisistä rajoituksista.
Sivustakatsojasta saattaa tuntua, että kvanttiteknologia on noussut yleiseksi puheenaiheeksi vasta hiljattain. Kvanttivallankumouksen alku ajoittuu kuitenkin paljon kauemmas menneisyyteen. Kvanttipohjaiset järjestelmät hyödyntävät elektronien, fotonien, atomien tai molekyylien ominaisuuksia. Transistorit ja laserit edustavat niin sanottua kvantti 1.0 teknologiaa, ja ne ovat olleet käytössä jo vuosia.
Seuraavan sukupolven kvanttiteknologioiden, joita kutsutaan usein nimellä kvantti 2.0, odotetaan tuottavan uusia tuotteita ja palveluja esimerkiksi rahoitus-, puolustus-, ilmailu- ja avaruus-, energia-, televiestintä- ja terveysalojen käyttötarpeisiin.
"Kvanttimekaniikka on ollut osa perustutkimusta jo 1920-luvulta lähtien. Se muuttui teknologiaksi, kun aloimme rakentaa oikeita laitteita käyttämällä kvantti-ilmiöitä, kuten suprajohtavia SQUID-magnetometrejä. Nämä ovat olleet olemassa jo parin vuosikymmenen ajan”, Majumdar sanoo.
Sovelluksia kvanttimekaniikalle alkoi löytyä kuitenkin vasta nykyisellä kvantti 2.0 -aikakaudella, kun teknologia pystyy todella käyttämään kvanttimekaniikkaa kuten lomittumista toisin kuin edeltävällä kvantti 1.0 -aikakaudella. Anturit paranevat jatkuvasti, ja atomikelloja käytettään esimerkiksi GPS-laitteissa. Ihmisten mielenkiinnon ja mielikuvituksen on herättänyt kuitenkin kvanttimekaniikkaa hyödyntävä laskenta.
"Kvanttitietokone voi ratkaista ongelmia, joita ei voi ratkaista perinteisillä tietokoneilla ja siruilla. Se tulee muuttamaan tietojenkäsittelyn kokonaan. Emme voineet kuvitella nykyisiä matkapuhelimia 1950-luvulla. Samalla tavalla emme vielä tiedä kvanttitietokoneen todellista potentiaalia."
Toinen jännittävä ala on kvanttiviestintä, joka vaatii myös uusien viestintäprotokollien ja salausmenetelmien kehittämistä.
"Nykyään digitaalisesti lähetetyt viestit on salattu protokollilla, jotka ovat tällä hetkellä turvallisia, sillä niitä ei voi murtaa perinteisillä tietokoneilla. Kvanttitietokone voi kuitenkin mahdollisesti murtaa nuo koodit, joten tarvitsemme parempia viestintäprotokollia. Kvanttiavaimien jakelu on yksi esimerkki tulevaisuuden protokollista", Majumdar huomauttaa.
Suomi jo maailmanlaajuinen edelläkävijä
Suomi erottuu kvanttiteknologian alalla edukseen. Siitä on kiittäminen vuosikymmenten tutkimusta ja kaupallisten kryogeenisten eli äärimmäisen kylmien järjestelmien kehitystä, mikä on tärkeä edellytys kvanttimittauksille.
"Aloitimme kvanttitietokoneen rakennushankkeen VTT:llä vuonna 2021. Sen tarkoituksena oli varmistaa, että Suomi profiloituu yhdeksi johtavista maista kvanttilaskennassa. Ajatuksena oli myös luoda suurempi ekosysteemi päättäjien ja tutkijoiden kanssa", Majumdar sanoo. Hän johti VTT:n kvanttiprojekteja vuosina 2020–2023.
Hanke osoittautui erittäin menestyksekkääksi: se paalutti Suomen maailmanlaajuiseksi edelläkävijäksi ja lisäsi yleistä tietoisuutta siitä, mitä kvanttiteknologia pohjimmiltaan on.
Majumdar on nyt SemiQonin toimitusjohtaja. SemiQon on VTT:stä irrottautunut spinoff-yritys, jonka tavoitteena on varmistaa, että Suomi pysyy merkittävänä toimijana maailman kvanttiteknologian markkinoilla myös tulevaisuudessa.
"Useita yrityksiä on syntynyt rakentamaan kvanttitietokoneita, mutta tiedämme kaikki, että on eri asia osoittaa niiden suorituskyky kuin rakentaa skaalautuvia ja edullisia tietokoneita, jotka ratkaisevat käytännön ongelmia. Pyrimme luomaan käytännöllisen järjestelmän, joka johtaa liiketoimintaedun saavuttamiseen eikä vain demoamiseen."
Suurin pullonkaula kvanttitietokoneiden läpimurrossa on edelleen laitteiston kapasiteetti.
"Laitteisto ei ole tällä hetkellä tarpeeksi tehokas, ja sen kehittäminen vie aikaa. Tällä hetkellä suorituskyky kattaa ehkä muutamaa tuhatta kubittia, eikä se riitä ratkaisemaan käytännön ongelmia. Mutta SemiQonissa yritämme rakentaa kubitteja ja kvanttiprosessoreita puolijohteilla, jotta ne olisivat yhtä skaalautuvia ja edullisia kuin rakennettuna perinteisillä puolijohdesiruilla."
Kvanttitietokoneet parantavat kustannustehokkuutta merkittävästi
Majumdar näkee kvanttiteknologialla paljon potentiaalia kaupallisessa käytössä.
"Lääkkeisiin liittyvät molekyylit, akkujen materiaalit, monimutkaiset logistiset ongelmat, ilmastomallinnus...Yhteinen nimittäjä on suuren parametrimäärän optimointi, mikä vie paljon aikaa. Todennäköisesti ensimmäisiä sovelluksia tulevat olemaan lääkkeiden ja kemian sovellukset."
Vaikka kvanttiteknologian arkipäiväistyminen vie vielä vuosia, Majumdar suosittelee, että yritykset silti lisäävät sen pitkän aikavälin tiekarttaansa ja kokeilevat, miten se voi edistää niiden liiketoimintaa.
"Kuvittele käyttäväsi supertietokonetta, jolla kestää nyt kokonainen päivä tietyn laskentatehtävän suorittamiseen. Voit tehdä sen nopeammin kvanttitietokoneella, ehkä puolessa päivässä. Siinä tapauksessa se on etu ja säästää rahaa," sanoo Majumdar.
Lopuksi jokaisen huulilla oleva kysymys: Mikä on kvanttiteknologian kaupallistamisen realistinen aikataulu?
"Nyt nähtävän kehitysvauhdin perusteella viestintäprotokollat tulevat todennäköisesti ennen kvanttitietokonetta. Tämä vuosikymmen menee kehitykseen ja seuraava on sovellusvaihe."
Kiinnostuitko kvanttitietokoneista? Kvanttitietokoneen saloja avataan Yllättävän yksinkertaista -podcastin jaksossa Kvanttitietokone: kubitit, atomit ja Schrödingerin kissa!
