Kvanttitietokone sekä tietojenkäsittelyn tulevaisuus

Esimerkiksi robotteja kuten kuvan QF-16 RoboFalconia voidaan ohjata 

kvanttitietokoneella Internetin yli etäkäytön avulla

Kvanttitietokone sekä tietojenkäsittelyn tulevaisuus

Kvanttitietokone on suurin ihmisen koskaan tekemä keksintö, ja sen käyttöönotto saa aikaan sen, että esimerkiksi kaikki ennen niin varmoina pidetyt salaukset kaatuvat alta aikayksikön, mutta samalla kvanttitietokone on ikään myös äärettömän tehokas väline, kun halutaan kehittää esimerkiksi proteiinisynteesien mallinnukseen käytettäviä simulaatioita. Kvanttitietokone on laite, jolle ennustetaan suurta tulevaisuutta. Mutta mikä tekee kvanttitietokoneesta niin valtavan tehokkaan? Voidaan sanoa että kvanttitietokone käsittelee tietoa ikään kuin rivissä, kun perinteisissä tietokoneissa tietoa käsitellään jonoissa. Ja se mikä tekee tästä mahdollisen on se että kvanttitietokoneen bitissä on ylimääräinen ulottuvuus. 

Kun normaali eli kaksijärjestelmään perustuva kaksiulotteinen bitti omaa kaksi tilaa nolla ja yksi (0,1), jotka syntyvät siten että jos johtimessa on virta, niin silloin bitin arvo on 1, ja jos virta on katkaistu niin silloin bitin arvo on 0. Tietokoneen kello määrittää sen, että tulkitseeko järjestelmä virran olevan poikki, vai onko virta päällä. Tuota kutsutaan “nollatilan ongelmaksi”. Eli miten erittäin nopea tietokone tulkitsee tuon nollan? Jos nolla tulkitaan liian nopeasti virran katkaisusta johtuvaksi tilaksi, niin silloin tietokone alkaa liian helposti vetämään käyttöjärjestelmää pois sen muistista.

Kvanttitietokone käsittelee tietoa kubitin(1) muodossa.

Kubitti on kvanttitietokoneen bitti. Kubitin idea on siinä että tietokoneen bitillä on niin sanottu superpositio. Tuo tarkoittaa sitä, että kubitti voi saada arvot (0,1,2,3…). Tuolloin kubitin kaksi alinta arvoa (0,1) ilmoittavat että onko virta koneesta poikki, ja loput arvot taas ovat jääneet tietojen käsittelyyn. Siis periaatteessa kvanttitietokone on vain volttimittari, joka on kiinnitetty johtimeen. Mikään erityisen tarkka tuo laite ei ole siitä, miten se kuljettaa tietoa. Joten tuolloin kubitti voisi toimia siten, että arvot (0<X) voisi tarkoittaa alempaa tasoa tai arvoa. Ja arvot (x<maksimi) voisi tarkoittaa kubitin ylempää arvoa. 

Tuolloin tuo volttimittari olisi jaettu keskeltä niin että (0<X<maksimi), niin silloin tuo tietojenkäsittely olisi sitten erittäin nopeaa. Jos sitten tuohon laitteeseen laitetaan vielä lamppu eli niin sanottu nollajohdin, joka kertoo että onko järjestelmässä virta poikki, niin silloin siitä saadaan paljon enemmän tehoa irti. Kubitissä voidaan sitten tuo alempi tietojenkäsittelyyn varattu arvo määritellä nollaksi. Eli arvot (0 ja 1) määrittelevät tuolloin sen, että onko koneesta virta poikki, ja arvot (2 ja 3….) olisi varattu tietojen siirtoon.  

Jos ajatellaan esimerkiksi tilannetta, missä kaksijärjestelmää käyttävä prosessori joutuu sitten lähettämään kaksi nollaa peräkkäin, niin silloin myös seuraa ongelmia. Mutta jos prosessori ohitetaan nollajohdolla, niin silloin voidaan tietokoneen kelloa käyttää niin, että tietty aikajakso tarkoittaa nyt kahta peräkkäistä nollaa. Ja tieto siitä onko koneessa virta saadaan niin sanotusta “ohikulkujohdosta”. 

Tietokoneen prosessorien tehoa on joskus yritetty kohottaa siten, että niille pitäisi antaa erillinen käsky, jos virta halutaan katkaista, tai sitten prosessorin ohi on vedetty niin sanottu “nollajohto”, mikä tarkoittaa sitä että jos tuossa johdossa kulkee virta, niin silloin tietokone tulkitsee tuon virran niin, että virta on kytketty koneeseen. Kyseessä on silloin niin sanottu ylimääräinen taso, mikä vapauttaa ylemmät bittitasot tietojenkäsittelyyn. Mutta onko tämä sitten aito kvanttitietotokone?

Siitä voimme aina keskustella.Kuitenkin tuollainen teknologia voi mahdollistaa sen, että se pöydälle mahtuva kvanttitietokone on joku päivä totta. Kuitenkin kvanttitietokonetta, joka on teollisuushallin kokoinen voidaan myös käyttää etäkäytön avulla, mikä tarkoittaa sitä että mobiilityöasemasta mistä on pääsy tuohon koneeseen voidaan tehdä tarvittavat syötteet, ja sen jälkeen kvanttitietokone voidaan jättää prosessoimaan dataa.

Kvanttitietokoneen hienous on siinä, että vaikka laite olisi valtavan kokoinen, niin voimme kuitenkin aina kytkeä vaikka oman kannettavan tietokoneen kvanttitietokoneeseen Internetin kautta. Internetin avulla siis voidaan maailman tehokkaimpia tietokoneita käyttää vaikka omasta kotoa. Ja se tietenkin avaa uusia ulottuvuuksia moniin asioihin. Esimerkiksi robotteja voidaan ohjata internetin yli kvanttitietokoneen avulla, niin että tietokone ohjaa robotteja etäohjauksen avulla. Joten sen takia tätä tekniikkaa halutaan kehittää kaiken aikaa, koska tuolloin roboteista tulee monipuolisempia kuin jos niiden pitäisi itse toimia.

Ja ehkä tulevaisuudessa itse ajavat autot kytketään liikennevalvonta keskuksen tietokoneisiin, mikä tarkoittaa sitä, että mutkikkaita sekä erittäin raskaita tekoälyyn perustuvia sovelluksia voidaan ajaa noiden kvanttitietokoneiden avulla. Mutta kvanttitietokone voi ohjata myös esimerkiksi robottilentokoneita etäkäytön avulla, ja sen kyky ajaa monimutkaista sekä raskasta koodia on erittäin tehokas. 

(1) https://fi.wikipedia.org/wiki/Kubitti