Ongelma, jota kukaan ei osannut ratkaista – ennen tätä

Kuvittele pulma, jonka kuvaaminen vie enemmän numeroita kuin taivaalla on tähtiä. Ei liioittelua. Tällaisia haasteita kohtaavat tutkijat kvantt materiaalien parissa.

Nämä materiaalit ovat oudoja. Ne eivät noudata arjen logiikkaa. Tutkijat ovat oppineet, että ultriohuiden kerrosten pinominen – vaikkapa grafeenista – ja niiden vääntäminen tarkalle kulmalle synnyttää uusia kvanttivoimia. Kuin paperilaput johtaisivat virtaa kitkattomasti tietyllä asennolla. Hullua, eikö?

Ongelma piilee ennustamisessa. Miten nämä vääntyneet pinot käyttäytyvät?

Laskentateho loppuu kesken

Kyse on kvantikiteistä ja supermoiré-rakenteista. Niiden matemaattinen monimutkaisuus on valtava: yli kvadriljoona muuttujaa. Supertietokoneet antautuvat.

Kvadriljoona on miljoona miljardia. Kuten hiekanjyvien laskeminen viivaimella. Ei pelkkää akateemista harmia. Nämä materiaalit lupaavat kitkattomaan sähkövirtaan – ilman hukkalämpöä. AI-palvelimet nielevät nyt energiaa hurjasti. Tällainen muutos muuttaisi kaiken.

Kvanttiveto ratkaisee

Aalto-yliopiston tutkijat löysivät läpimurron kvanttialgoritmilla. He eivät yrittäneet laskea jokaista yksityiskohtaa. Sen sijaan he käänsivät ongelman uuteen muotoon.

Tensoriverkot auttoivat. Se on kvanttilaskennan lainaama matemaattinen kikka. Tuloksena simulaatioita kvantikiteistä, joissa yli 268 miljoonaa pistettä. Perinteiset koneet eivät pärjänneet murto-osallakaan.

Pää tutkija Jose Lado kiteyttää: algoritmi hyödyntää kvanttilaskennan eksponentiaalista nopeutta. Kvanttiajattelu ratkaisee kvanttiongelmia – ilman oikeaa kvanttikoneistoa.

Hyödyllinen kierre

Tämä luo Ladoin sanoin "tuottavan kahdensuuntaisen kierteen". Paremmat algoritmit kehittävät parempia materiaaleja. Paremmat materiaalit rakentavat parempia kvanttikoneita. Työkalut auttavat rakentamaan itseään. Hyveinen noidankehä.

Toistaiseksi simulaatioita. Mutta sovellukset lähestyvät. Tavoitteena supermoiré-materiaaleista topologisia kubitteja – kvanttikoneiden perusyksiköitä.

Mitä seuraavaksi?

Algoritmi on suunniteltu oikeille kvanttikoneille. Kun laitteet kehittyvät, se pyörii. Suomen kvanttiverkosto, kuten AaltoQ20, on avainasemassa.

Miksi tämä kiinnostaa?

Kvanttilaskenta ei odota täyttä kypsyyttä. Algoritmit ratkaisevat jo nyt "ratkaisemattomia" ongelmia. Kitkaton sähkö muuttaa teknologiaa. Palvelimet viilenevät, AI tehostuu, mahdottomat haasteet ratkeavat.

Ei scifiä. Mutta tuntuu siltä.