Paavo Kyyrönen & Janne Raassina
1. Johdanto 2. Historia 3. David Deutsch 4. Kvanttilaskenta ja superpositio 5. Ongelmat 6. Tutkimus 7. Esimerkkejä käyttökohteista 8. Mistä näitä saa? 9. Potentiaali 10. Tulevaisuus-spekulaatio 11. Lähteet
Tietokone, joka hyödyntää laskennassa superpositiossa olevia kubitteja Kvanttitietokoneilla pystytään ratkaisemaan joitakin laskennallisia ongelmia huomattavasti konventionaalisia tietokoneita tehokkaammin Kryptauksen murtaminen Eksponentiaalisesti tehokkaammat ratkaisut klassisille algoritmeille Kvanttisimulointi; atomien ja partikkelien käyttäytymisen simulointi ja ennustaminen esimerkiksi hiukkaskiihdyttimen vaikutuspiirissä
Brittiläinen kvanttilaskennan tutkija, Oxfordin fysiikan professori Varsinainen kvanttimekaniikan ja -laskennan pioneeri Loi perusteet laskennan kvanttiteoriaan Muodosti kuvauksen Turingin kvanttitietokoneesta Kannattaa monimaailmateoriaa (= eri maailmankaikkeudet toimivat yhdessä kvanttilaskennassa) Esitti ensimmäisenä teorian kvanttitietokoneen teoriasta ja toiminnasta Kehitti ensimmäisen eksponentiaalisesti deterministisiä klassisia algoritmejä nopeamman kvanttialgoritmin (Deutsch-Jozsa)
Perustuu siihen, että kubitti (qubit) toisin kuin digitaalinen bitti pystyy olemaan yhtä aikaa sekä 1 että 0 Superpositio on kvanttimekaniikan ominaisuus, jonka mukaan tietty systeemi (tässä tapauksessa kubitti) voi olla useassa eri tilassa yhdellä kertaa Superpositio mahdollistaa hyvin tehokkaan laskennan ongelma tulee siinä että superpositio romahtaa tarkasteluhetkellä
Kvanttitietokoneet täytyy kylmentää lähelle absoluuttista nollapistettä Ei ihan joka pojan kotikoneeksi sopiva Tällä hetkellä kvanttipiirit täytyy tehdä eksoottisista materiaaleista Kustannukset nousevat erittäin korkealle Aina ei saada parasta mahdollista ratkaisua heti ensimmäisellä kerralla Jotkut operaatiot joudutaan toistamaan useaan otteeseen ennen kuin saadaan selville oikea vastaus Kvanttitietokoneita käytetään usein sellaisten ratkaisujen selvittämiseksi, joiden ratkaisuja ei voida tarkastaa
Google perustanut 2013 kvanttitekoälyn tutkimuslaboratorion Tutkimusaiheina koneoppivat kvanttialgoritmit NSA aloittanut 2014 kryptologisesti hyödyllisen kvanttitietokoneen rakentamisen projekti Penetrating Hard Targets Tarkoitus kehittää kvanttilaskentaan perustuva tietokone, jolla pääsee mistä tahansa salauksesta läpi New South Walesin yliopistossa lokakuussa 2015 rakennettu ensimmäinen looginen portti piistä kaksi kubittia saatu kommunikoimaan keskenään
Itseohjautuvat autot (Google kehittää autoihin algoritmeja, jotka mahdollistavat ennakoinnin ja nopean reagoinnin äkkitilanteissa) Syöpäsairauksien hoito (Kvanttitietokoneilla mallinnetut syövän kehittymisen mallit mahdollistavat ehkäisevien hoitojen aloittamisen huomattavasti aiemmin) Lääketeollisuus (proteiinilaskoksen muodostumisen simulointi auttaa merkittävästi kehittämään uudentyyppisiä lääkkeitä)
Kanadalainen yritys D-Wave Systems valmistaa ja myy 128- ja 512-kubittisiä kvanttitietokoneita Perusmallin hinta ~12 miljoonaa euroa (noin 3000 vuoden opintotuki) Kuluttaa vain 15 kilowattia, vie tilaa vain sata neliömetriä
Sään ennustaminen Ilmastoa pystytään mallintamaan hyvin realistisesti ja näin ollen tarjoamaan erittäin tarkkoja ennusteita Liikenteen mallintaminen Liikennevalojen käytös, navigaattorin reitinmääritys ja lentokenttien pullonkaulat pystytään simuloimaan tarkasti Avaruustutkimus Kvanttitietokone pystyy käsittelemään esim. teleskooppikuvista saatavan datan ja tunnistamaan elämälle mahdollisesti suotuisat olosuhteet Koneoppiminen Itseään optimoiva/itsestään virheet korjaava tietokone
Seuraavat skenaariot äärimmäistä spekulointia: Copyright-tapaus Bitcoin Maailmankaikkeus on kvanttitietokoneen simulaatio valonnopeus on laskennallinen ääriraja
http://physics.gmu.edu/~rubinp/courses/123/superpositionprinciple.pdf http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/400/1818/97.short http://epubs.siam.org/doi/pdf/10.1137/s0097539796300933 http://users.jyu.fi/~mannikko/ttp/luennot/luento13.pdf http://www.dwavesys.com/tutorials/background-reading-series/introduction-d-wave-quantumhardware https://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-thatcould-crack-most-types-of-encryption/2014/01/02/8fff297e-7195-11e3-8def-a33011492df2_story.html http://googleresearch.blogspot.co.uk/2013/05/launching-quantum-artificial.html https://www.ucl.ac.uk/news/news-articles/1310/281013-new-material-for-quantum-computingdiscovered-out-of-the-blue http://gizmodo.com/worlds-first-silicon-quantum-logic-gate-brings-quantum-1734653115 http://www.dwavesys.com/d-wave-two-system http://gizmodo.com/whats-wrong-with-quantum-computing-1444793497