Artikkeli Otanniemen Kvanttitietokone -laboratiorsta (Turun Sanomat su 7.3.2021)

[Jere Sumell]

Luin tämän aamun sunnuntain 7.3.2021 aamun printti - Turun Sanomista, jossa oli aukeaman ja puolen sivun artikkeli Espoon Otanniemestä kvanttitietokone-projektista, jollaiseen Suomen valtio on investoinut.

Artikkelissa todettiin, että käyttovalmiina se voisi olla tämän 2020-vuosikymmenen lopussa, mutta ennen kuin jotain reaalimaailman ongelmia sillä pystyttäisiin laskemaan tai ratkomaan, pitäisi loytää keino, jolla kubittien lukumäärä saataisiin 50- nostettua ylemmäs. Sata mainittiin tavoitteena.

Aikamoinen jäähdytys tuossa koneessa, kun kone on huoneen kokoinen, niin Kelvinin asteessahan komponentit on viilentymässä, jotta ei syttyisi tulipaloa. KElvinin aste sentään -273 Celsius -astetta.

Artikkelissa mainittiin myos Googlen kehitteillä oleva kone ja Kiinakin on onnistunut omalla kvanttitietokoneellaan supertietokonetta nopeammin jotain teoreettista ongelmaa, varmaan toki ei ainoastaan syotto tai tulostuslaitteena näytto ja näppäimisto, mutta myos muita mittauslaitteita tai teollisuuskoneita, tai mitä tahansa koneita, mutta varmaan Googlen kvanttitietokoneeseen on asennettu heidän oma Android -käyttis.

Kyllä varmaan Otanniemessäkin pyorii jokin Linux-distro, jolla ajetaan ohjelmakoodia tuolla kvanttikoneella sitten kun se on valmiina käyttoon.

Nyky kahden tilan tietokoneet toimivat kahden tilan periaatteella, että bitin arvo on 0 tai 1, ja sitten tuo kubidi voi omata yhtäaika molemmat arvot, niin ei varmaankaan ainakaan korkean tason kielillä ohjelmia laadittaessa, ohjelmoitaessa juuri muutoksia tule, tai ylipäätään jos laaditaan algoritmejä, joita kvanttitietokoneen on tarkoitus suorittaa, koska käsitin, että kubitissakaan ole kuin kaksi tilaa, joskin se poikkeaa näistä von Neumaan koneista siinä, että kubitin arvo voi olla yhtäaikaa molemmat.

[kuutio]

Aikamoinen jäähdytys tuossa koneessa, kun kone on huoneen kokoinen, niin Kelvinin asteessahan komponentit on viilentymässä, jotta ei syttyisi tulipaloa.

Ei tulipalo ole se ongelma, miksi niitä pidetään lähellä absoluuttista nollapistettä (0° Kelvin). Korkeammissa lämpötiloissa molekyylien liike-energia (lämpö on molekyylien liikettä) helposti sotkee tai tuhoaa niitä kvanttitiloja, joita kvanttilaskennassa käytetään.

[Jere Sumell]

Aikamoinen jäähdytys tuossa koneessa, kun kone on huoneen kokoinen, niin Kelvinin asteessahan komponentit on viilentymässä, jotta ei syttyisi tulipaloa.

Ei tulipalo ole se ongelma, miksi niitä pidetään lähellä absoluuttista nollapistettä (0° Kelvin). Korkeammissa lämpötiloissa molekyylien liike-energia (lämpö on molekyylien liikettä) helposti sotkee tai tuhoaa niitä kvanttitiloja, joita kvanttilaskennassa käytetään.

Joo, no tuossa artikkelissakin mainittiin, että yksi ongelma tuossa tavoitteessa lisätä noita qubittien lukumäärää kun se ei ole yhtä helppoe kuin tiilten kasaaminen päällekkäin, kun ne vaikuttavat toisten qubittien tilaan, joka aiheuttaa helposti laskennassa virhetilanteita.

Noista käyttojärjestelmistä, Briteissä kehitteillä tuollainen, kuin Deltaflow, en tiedä kuinka laajasti se on Brittien ulkopuolella käytossa, varmaan Suomen valtiokin tuossa Otanniemen koneessa käyttää jotain muuta, kuin kotimaista kvanttikoneisiin suunniteltua käyttojärjestelmää, kun en ole lainkaan varma, onko kotimaassa kukaan kehittänyt vielä sellaista, mutta voisi kuvitella, että kehityksen alla on Suomessakin sellainen.

Deltaflow

[JaniAlander]

Mun käsittääkseni kvanttitietokoneet on sellaisella asteella kuin perinteiset oli viiskytluvulla, ne ei tarvi eikä oikeastaan pystykään ajamaan mitään käyttöjärjestelmää.

[Jere Sumell]

Mun käsittääkseni kvanttitietokoneet on sellaisella asteella kuin perinteiset oli viiskytluvulla, ne ei tarvi eikä oikeastaan pystykään ajamaan mitään käyttöjärjestelmää.

No jollei käyttöjärjestelmää, niin kyllä siihen jokin tulkki ainakin täytyy olla ohjelmoituna, että voidaan syöttää ohjelmakoodia sisään, jota kone osaa tulkita ja suorittaa?

Googletin "Quantum Computer OS", niin selvisi, että Euroopassakin on yrityksiä, jotka kehittävät ja toimittavat kvanttikoneille saatavia ihan käyttöjärjestelmiäkin.

Epäilisin, että tulkki nyt ainakin löytyy, vaikka kvanttitietokone muistuttaa juuri noita Jani Alander sinun mainitsemiasi 50-luvun koko huoneen tilan käyttämiä koneita ainakin koon puolesta, mutta ei sitten muutoin varmaan mitenkään muutoin siltä ajalta.

Onko palastalla muuten kvanttifyysikkoja, tai kvanttitietokoneista kenties jopa Espoossa opiskelevia tai Otanniemestä valmistuneita insinöörejä tai aiheesta aidosti perillä olevia, miten käsitteiden tasolla menee, kun niissä on nykytietokoneiden mallin mukaan kaksi tilaa, mutta erotuksena tosiaan vain se, että qubitin arvo voi olla yhtä aikaa sama.

Katsoin Googelsta Quantum Computer Boolean, joskaan ei tullut hakuehdotuksissa, mutta jossain yliopiston monisteessa oli, että mitä nykytietokoneet Boolen algebran matemaattinen esitys on P~(0,1)_n , niin monisteessa oli esitetty Kvanttitietokone loogisena piirinä, niin pitäisi muuttaa ajatus tuosta perinteisestä Boolen ideasta P~(+-1). Onko näillä jotain virallista termiä olemassa, ja käyttääkö kvanttitietokoneistajat jotain muuta menetelmää, kuin Boolen Algebraa kvanttifyysikot osannee vastata.

[JaniAlander]

Tuota minä vähän epäilen että niitä kubitteja säädetään sillain yksi kerrallaan. Sillä tapaa oikein Wanhaan aikaan tietokoneitakin ohjelmoitiin. Ja jos joku tulkki oli niin sekin oli mallia eräajo, ts toimitetaan datat, ajetaan ne läpi, ja ihmetellään tuloksia.

[Jere Sumell]

Tuota minä vähän epäilen että niitä kubitteja säädetään sillain yksi kerrallaan. Sillä tapaa oikein Wanhaan aikaan tietokoneitakin ohjelmoitiin. Ja jos joku tulkki oli niin sekin oli mallia eräajo, ts toimitetaan datat, ajetaan ne läpi, ja ihmetellään tuloksia.

Se voi olla. Lienet oikeassa! Ei tässä kannata menettää kvanttitietokone-hypystä yöunia vielä 2021 alkuvuodesta 37-vuotta vanhenneen elämän edetessä yhä.

[JaniAlander]

Eka normitietokoneiden reaaliaikainen systeemi oli Yhdysvalloissa SAGE ilmavalvonta järjestelmä, viiskyt luvun lopulla. Se oli jotain mullistavaa, ts. tietokonesysteemi jota käytettiin jatkuvasti suoralla käyttäjä ja datasyötteellä. Siitä kesti kymmenisen vuotta ennen kuin se tuli siviilipuolelle. Ts. vanha malli oli, toimitettiin ajettava ohjelma ja datat tietokonekeskukseen, ne sitten ajettiin suoraan tai jonkun hyvin yksinkertaisen job-controll systeemin välityksellä. Saatiin ajon tulokset paperilla ja niitä sitten ihmeteltiin. Se että joku käyttäisi tietokonetta suoraan interaktiivisesti oli jotain ihan ufo kamaa.

[Jere Sumell]

https://people.maths.bris.ac.uk/~csxam/presentations/talk-bfa.pdf


Tuossa on se dokumentti, josta luin sitä Boolen Algebrasta kvanttimaailmaan -hakutermiäni. Tuossa puhutaan Kvanttipiirin koostuvan kvanttiveräjistä, siinä missä mikrotietokoneet koostuu loogisistä piireistä ja veräjistä, joskin hyvin yksinkertaiset loogiset piirit, todellisuudessa ne on monimutkaisempia kaikkine rekistereineen ja muineen. Veräjä lienee porttia virallisempi termi, tai sama kumpaa käyttää (gates). Varmaan arkikielessä monet asiantuntijatkin käyttää sekaisin porttia ja veräjää, vaikka veräjällä ja portilla on eroa, jos miettii, missä yhteydessä yleensä puhutaan tietokoneistuksesta puhuttaessa portista (port). Nehän on englannin kielessäkin eroteltu eri sanoiksi näin olle sisältäen eri merkityksen.

Laskeminen suoritetaan Boolen Algebrassa, kuten hyvin kaikki tämänkin palstan aktiivit tietävät, +*-operaattoreilla ja negaatioita hyödyntämällä saadaan sievennettyä saman funktion toteuttavaa sarjaan kytkettyjen veräjien lukumäärää sievemmäksi, mutta tuossa kvanttipiiri-mallissa näköjään laskenta tapahtuu matriisien avulla, tuollainen 8*8 matriisi kyseessä.

Se nyt ei itselleni selvinnyt ainakaan tuon dokumentin pohjalta, että ratkaistaanko lauseke samalla systeemillä, mitä matriisi matematiikassa, ja viittaako + ja * -merkit + (Boolen Algebrassa tuttuu Tai, OR, ja * Ja, AND).

[Jere Sumell]

Vielä palatakseni tuohon eilen jakamaani Bristolin Matematiikan laitoksen Fysiikan opiskelijan kenties? -esitykseen aloittaen humaanin lähestymistavan viikkoni.

En katsonut tuon käyttäjätunnuksen tilden jälkeen juurisivua, lieneekö joku opiskelija, joka ollut kvanttifysiikan peruskursseilla jokin harjoitustyö, tai vaikka laitoksen fysiikan lehtori tai sama se minulle vaikka olisi professorina laitoksellaan jonain päivänä lopulta, päädyin vielä parin oluen jälkeen tarkastelemaan ja kertaamaan eilen ensi kertaa katsomaani artikkkelia, jossa on esitettynä tuo Kvanttipiiri hyvin alkeellisella tasolla.

Tuossa esityksessähän käytetään moduloa, ja jos sen purkaa käänteisenä nyt opit saaneena meidän nykyarkikäytössä tuntemien kahden tilan koneiden piirilevysuunnittelussa käytettäiin totuustauluihin, niin onhan siinä todella kaksi tilaa tuossa kvanttiteitokoneessakin, joskin merkityksellisin ero on se, että mitä nykytietokoneessa piirilevyn ohjausbitin arvo voi olla 0 TAI 1 ainoastaan jompikmpi yhtäaikaa, ja Qubitissä arvo voi olla yhtä aikaa sama! Onhan kyse yhä jonkinlaisesta piirikytkennästä. Molemmat kolmesta! Kuten oli Gösta Sundqvistingin levykustannus-yhtiön nimi osake-yhtiö yhtiömuotona, jolla julkaisi Leevi & The Leavings LP:t pelkästään studiomuusikkona ihmisen historian ajanjaksolla, jolloin vielä LP -levyt menivät kaupaksi, kun se oli ainoa keino kuunella artistia enemmän, kun halusi jostain ottaa selvää.

Nousee humaanisti arvoon arvaamattomaan Göstan Radiomafialle tuottaman radiokuunnelman "Koe-eläpinpuisto" -sarjan välikohtauksissa esiintyvän Zero Luotolan, todellisuudessa tarkoittaen todennäköisesti Tero Lietettä, joka vaikuttanut Radiomafian jälkeen nykyisinkin yhä Radio Suomen musiikkitomittajana, niin jörnismispuheisiin, että jos sattuu olemaan yksin, niin tekee Koe-eläinpuistokuuntelun kanssa sitä yhtä aikaa!

Mitä tulee nykytietokoneiden loogisiin piireihin ja portteihin, modulo on ja käytössä noissa joko-tai-0 sekä 1 kytköksissä, kun laaditaan noita Boole-taulukoita, joilla kaikki piirit voidaan esittää.

Elämä on liian lyhyt omasta mielestänikin opiskelemaan kaikkea, mistä on kiinnostunut, enkä kadu yhtään sitä, että minulla on myös humaani puoli yksityiselämässä ja jonkin verran myös julkisesti luonnontieteiljän maailmankatsomuksen lisäksi.

Ymmärystä, arvon palstatoverini!