1. No category

Paavo Kyyrönen & Janne Raassina
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
1.
 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-quantum-
hardware
 https://www.washingtonpost.com/world/national-security/nsa-seeks-to-build-quantum-computer-that-
could-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-computing-
discovered-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