Kvanttilaskenta mahdollistaa uudenlaiset läpimurrot
Kvanttilaskenta on uusi, nopeasti kehittyvä tieteellisen laskennan haara, joka tuo mukanaan valtavat mahdollisuudet tieteellisiin ja kaupallisiin läpimurtoihin. CSC on vahvasti mukana rakentamassa kansallista ja kansainvälistä kvanttilaskennan ekosysteemiä.
Kvanttitietokone ja supertietokone toimivat yhdessä
Kvanttitietokoneen avulla voidaan ratkoa tietyntyyppisiä ongelmia huomattavasti perinteistä supertietokonetta nopeammin. Kvanttikone ei kuitenkaan korvaa supertietokonetta, vaan ne toimivat rinnakkain, toisiaan täydentäen. Yhdistettynä niistä tulee erottamaton osa tulevaisuuden supertietokoneratkaisuja.
Kvanttitietokone tarvitsee supertietokonetta mm. kvanttilaskujen ohjaamiseen ja tulosten tarkasteluun sekä niihin osiin kokonaisongelmasta, johon kvanttikoneen laskentatapa ei sovellu. Toisaalta kvanttikiihdytetty suurteholaskenta kasvattaa supertietokoneiden tehoa entisestään.
Vuonna 2022 CSC:n isännöimä LUMI-supertietokone ja VTT:n Helmi-kvanttitietokone yhdistettiin VTT:n, CSC:n ja Aalto-yliopiston yhteistyönä. Tämä oli ensimmäinen kerta Euroopassa, kun supertietokoneen ja yleiskäyttöisen kvanttitietokoneen muodostama kokonaisuus avattiin tutkijoiden käyttöön.
Tämän kokonaisuuden avulla korkeakoulujen ja tutkimuslaitosten tutkijat voivat ajaa kvanttiohjelmia ja algoritmeja oikealla fyysisellä laitteella. Tutkijat pääsevät käyttämään kvanttitietokone Helmiä hakemalla kvanttilaskentaprojektia supertietokone LUMIlta CSC:n asiakasportaali mycsc.fi:n kautta. Myös yrityskäyttö on mahdollista.
CSC osallistuu kvanttiteknologian yhteistyöhön kvanttilaskentainfrastruktuuri FiQCIn (Finnish Quantum-Computing Infrastructure) puitteissa. CSC on myös mukana useissa kansainvälisissä hankkeissa, joissa kehitetään kvanttikiihdytettyä suurteholaskentaa. Esimerkiksi NordIQuEst-hankkeessa kehitetään yhteispohjoismaista pohjaa kvanttilaskennalle. LUMI-Q-konsortion kautta kvanttilaskennan ekosysteemiä kehitetään euroopanlaajuisessa yhteistyössä. OpenSuperQ+-hankkeessa 28 eurooppalaista tutkimuskumppania kymmenestä eri maasta kehittävät yhteistyössä 1 000 kubitin kvanttitietokonetta.
Kvanttilaskennan simulaattori
CSC:n Kvasi-kvanttisimulaattorin avulla tutkijat voivat valmistautua tulevaan kvanttiaikakauteen ja opetella käyttämään ja kehittämään uusia kvanttialgoritmeja, sekä ideaaliolosuhteissa että realistisissa häiriöllisissä olosuhteissa. Kvasi pystyy simuloimaan 30 kubitin kvanttitietokonetta. CSC:n laskenta-alustoilla on tarjolla myös useita muita kvanttilaskennan simulointi- ja ohjelmointiympäristöjä.
Kvanttitietokoneen hyödyt ja käyttökohteet
Maailmanlaajuinen kilpailu kvanttihyödystä on käynnissä ja Suomessa on otettu merkittäviä askeleita kvanttitietokoneiden kehityksessä. Meillä on erinomainen mahdollisuus olla yksi maailman kärkimaista kvanttiteknologian hyödyntämisessä.
Kvanttitietokoneen äärimmäisen tehokasta laskentaa voidaan hyödyntää ainakin seuraavissa tapauksissa:
- Uusien tuotteiden ja materiaalien kehittäminen esimerkiksi lääke-, kemian- ja akkuteollisuudessa.
- Optimointiongelmien ratkaiseminen esimerkiksi toimitusketjujen ja matkustusreittien suunnittelussa ja osakesalkkujen hoidossa.
- Alat, joissa laskennallisten ennusteiden laatu ja tarkkuus ovat olennaisia, mutta aikaa vastauksen löytämiseen on rajallisesti. Tästä esimerkkinä lyhyen aikavälin sääennusteet, joilla pyritään ennustamaan nopeasti ja tarkasti esimerkiksi ukkosmyrskyjä, pyörremyrskyn etenemistä ja tsunamin leviämistä.
- Ilmastonmallinnus, tekoäly ja koneoppimisen tehostaminen.
Mikä on kvanttitietokone?
Kvanttitietokoneessa jylläävät kvanttimekaniikan kummalliset lait. Kvanttikoneen tehokkuus perustuu näiden vaistonvastaisten kvanttifysikaalisten ilmiöiden hyödyntämiseen laskennassa. Tavanomaisen tietokoneen bitti voi saada arvon yksi tai nolla. Kvanttikoneen bitti, kubitti, voi puolestaan olla 1 ja 0 ja kaikkea siltä väliltä samanaikaisesti. Kun kubitit ovat tämän tapaisessa superpositiossa, voidaan niiden kuvaamat eri syötteet käsitellä rinnakkaisesti yhdessä ja samassa laskussa. Klassisessa tietokoneessa laskut joudutaan laskemaan yksitellen.
Kvanttitietokoneen huima nopeus perustuu superposition lisäksi kvanttilomittumiseen ja muihin ainoastaan kvanttikoneen hallitsemiin ilmiöihin. Riittävän kypsä kvanttitietokone voi tulevaisuudessa ratkaista tiettyjä laskennallisia ongelmia, joita ei koskaan pystytä ratkomaan yksinomaan perinteisillä supertietokoneilla. Klassisen binäärisen tietojenkäsittelyn ja kvanttilaskennan yhdistelmä avaa portit uudelle tavalle tehdä tiedettä ja tuotekehitystä.
Vaikka kvanttitietokoneita käytetään jo nyt laajasti tutkimuksessa, paljon työtä on vielä edessä, ennen kuin kvanttilaskennasta tulee arkipäiväinen työkalu. Työtä tämän eteen tehdään kuitenkin kiihtyvässä tahdissa. Yhdistetty suurteholaskennan ja kvanttilaskennan infrastruktuuri luo tärkeän pohjan tälle kehitykselle.
Kvanttilaskennan ekosysteemi
VTT:n Helmi oli Suomen ensimmäinen kvanttitietokone ja se tarjosi viiden kubitin laskentatehon. Nykyisessä kvanttitietokoneessa on 20 kubittia ja 50 kubitin kvanttitietokoneen on määrä valmistua vuonna 2024. CSC on mukana rakentamassa kvanttilaskennan ekosysteemiä, jossa kvanttitietokone ja supertietokone toimivat yhdessä.
Koulutukset
Introduction to Quantum Computing and FiQCI, 2nd Ed.
Introduction to Quantum Computing
Yhteystiedot
Mikael Johansson
Mikael Johansson mahdollistaa CSC:llä kvanttilaskennan ja -kommunikaation käyttöönottoa ja kehittää kvantti-infrastruktuuria yhtenäisenä osana suurteholaskennan ekosysteemiä.
Ajankohtaista
Asiakastarinat
Tilaa uutiskirjeemme
Uutiskirjeistämme saat ajankohtaista tietoa tarjoamistamme tutkimuksen palveluista sekä järjestämistämme koulutuksista.