Binäärilaskennasta kvanttitekoälyyn
Ensimmäinen binäärilogiikkaan perustuva tietokone kehitettiin Euroopassa. Konrad Zusen 1930-luvun lopulla Berliinissä suunnittelema ja rakentama Z1 loi perustan huipputehokkaalle laskennalle, joka on kantanut jo lähes vuosisadan. Nykyiset tehokkaimmat tietokoneet toimivat yhä tällä yksinkertaisella logiikalla: joko päällä tai pois, nolla tai ykkönen. Nyt tätä ihmisen kehittämää logiikkaa ollaan laajentamassa tehokkaammalla lähestymistavalla, joka perustuu maailmankaikkeuden alkuvoimaan – kvanttilaskentaan.
Kvanttimekaniikan maailma on kuriton, outo ja ristiriidassa arkikokemuksen kanssa. Siellä mikään ei ole täysin varmaa – kaikki perustuu todennäköisyyksiin ja aimo annokseen sumeutta. Tämä ”maailmankaikkeuden käyttöjärjestelmä” tarjoaa laskennalle merkittävän edun, sillä se poistaa klassisen binäärilaskennan kahtiajaon nolliin tai ykkösiin. Kvanttitietokone nojaa kvanttilogiikkaan, jossa ykkösten ja nollien sekoitus muodostaa perustietoyksikön, mahdollistaen valtavan harppauksen laskentatehossa.
Tämä mahdollistaa huomattavasti tehokkaammat ratkaisut tiettyihin ongelmatyyppeihin – moniin, jotka ovat keskeisiä yhteiskuntamme kehitykselle. Kvanttilaskenta on jo siirtynyt laboratorioista todellisiin käyttökohteisiin. Sen voima on osoitettu vakuuttavilla todisteilla, ja Mario Draghi onkin kutsunut sitä ”seuraavaksi läpimurtoteknologiaksi laskennan saralla”.
Kvanttilaskennan rinnalla tekoäly on tämän hetken hallitseva laskentaparadigma. On innostavaa, että perinteisen laskennan pitkän tasaisen kehityksen jälkeen meillä on nyt kaksi uutta, voimakasta lähestymistapaa simulaatioihin ja laskennalliseen TKI:hin. Mielenkiintoista on myös se, että tekoäly ja kvanttilaskenta vahvistavat toisiaan muodostamalla palauteluupin, joka voi kiihdyttää kehitystä molemmilla alueilla.
Kvanttitekoäly on nopeasti kehittyvä ala, jota motivoi sen kyky tunnistaa kuvioita nopeammin ja tarkemmin kuin pelkät klassiset tekoälymenetelmät. Molemminpuolisessa synergiassa kvanttilaskentaa tehostavista tekoälymenetelmistä on tulossa ratkaisevan tärkeitä työkaluja maksimaalisen hyödyn saamiseksi, mikä lyhentää todellisen kvanttihyödyn odotusaikaa.
Kuten kaikki kvanttisovellukset, myös kvanttiäly on vielä tutkimusvaiheessa. Jotta tutkimus olisi mahdollista, loppukäyttäjillä on oltava pääsy huipputason kvanttilaitteistoon. EuroHPC JU on tunnistanut kvanttilaskennan merkityksen varhain ja käynnistänyt hankinnat kahdeksasta eurooppalaisesta kvanttitietokoneesta, jotka integroidaan suurteholaskentajärjestelmiin eri puolilla Eurooppaa – Saksassa, Ranskassa, Puolassa, Tšekissä, Italiassa ja Espanjassa, ja kaksi järjestelmää on vielä tulossa Luxemburgiin ja Alankomaihin.
Kvanttitekoälyn näkökulmasta erityisen kiinnostava on VLQ, LUMI-Q-konsortion kvanttitietokone, joka sijaitsee Ostravassa, Tšekissä. Se perustuu uudenlaiseen ”tähtimäiseen” kvanttiprosessoriin, QPU:hun. Tämä rakenne on ihanteellinen lomittuneiden tilojen luomiseen. Lomittumisen outous sai Einsteinin kutsumaan sitä ”aavemaiseksi kaukovaikutukseksi”. Kvanttitekoälyssä juuri tämä ilmiö mahdollistaa klassisten menetelmien ylittämisen.
Kvantin ja tekoälyn onnistunutta yhdistelmää tukee myös EuroHPC JU:n tekoälytehdasaloite. VLQ:n ja muiden alustojen, kuten EuroQCS-Espanjan, EuroQCS-Italian ja MeluXina-Q:n rinnalla LUMI tekoälytehtaan kokeellinen alusta, LUMI-IQ, tarjoaa maailmanluokan HPC+AI+QC-alustan eurooppalaisille käyttäjille niin akateemisessa maailmassa kuin teollisuudessakin. EuroHPC:n kautta koko Euroopan TKI-yhteisö pääsee pian tositoimiin tutkimaan kvanttitekoälyn mahdollisuuksia.
Yhdistyneiden kansakuntien julistaman kvanttivuoden kunniaksi on aika viedä kvanttilaskennan hyödyt seuraavalle tasolle. Tulevaisuuteen katsoen Euroopalla on aito mahdollisuus nousta maailman johtavaksi toimijaksi sekä kvanttia hyödyntävässä tekoälyssä että tekoälyä hyödyntävässä kvanttilaskennassa. Tämä vaatii pitkäjänteistä tukea eurooppalaisen hybridilaskentainfrastruktuurin kehittämiseksi, niin laitteistojen kuin ohjelmistojen osalta.
Meillä on keinot ja osaaminen, nyt tarvitaan vain yhteistä tahtoa ja toimintaa, jotta Eurooppa voi nousta kvanttitekoälyn vallankumouksen kärkeen!
Lue lisää
Mikael Johansson
Mikael Johansson mahdollistaa CSC:llä kvanttilaskennan ja -kommunikaation käyttöönottoa ja kehittää kvantti-infrastruktuuria yhtenäisenä osana suurteholaskennan ekosysteemiä.
