Kvanttilaskentaa humanisteille
Antiikin kreikkalainen keksijä Heron oivalsi, että höyryä voi käyttää liikkeen aikaansaamiseksi. Heron kai onnistui rakentamaan jonkinlaisen vesisäiliön, joka kuumennettuna alkoi pyörimään ulospuskevan höyryn vaikutuksesta. Tiettävästi Heron ei käyttänyt tätä tietoa mihinkään käytännön puuhaan. Meni vuosisatoja ennen kuin höyryä alettiin varsinaisesti hyödyntää työn tekemiseen. Ensimmäiset varsinaiset hyötykäyttöön tarkoitetut höyrykoneet suunniteltiin 1600-luvun lopulla. Seuraavan kahdensadan vuoden aikana insinöörit kehittelivät höyrykoneita koko ajan paremmiksi. Niistä tuli täysin korvaamattomia teollisuuden käytössä ja voinee sanoa (humanistit korjatkoon jos olen väärässä) ettei nykyisen kaltaista yhteiskuntaa olisi voinut syntyä ilman höyrykoneita. Haitatkin tosin olivat massiivisia, ennen kaikkea myrkyt, ilmansaasteet ja luontotuhot.
Teknologia ja luonnontieteet ovat aina kytkeytyneet toisiinsa. Fysiikan osa-alue termodynamiikka syntyi olennaisesti halusta ymmärtää, mikä on tehokkain mahdollinen höyrykone. Termodynamiikka selittää rajat sille, miten ja kuinka hyvin energiaa voidaan muuttaa eri muodoista toiseen. Energia ja termodynamiikka eivät ole kadonneet elämästämme, vaikka höyrykoneita täällä onkin enää harvakseltaan käytössä. Tänä päivänä energiaan liittyvään keskusteluun tarvitaan monenlaisia tutkijoita ja asiantuntijoita. Miten energiaa tuotetaan mahdollisimman puhtaasti? Miten se saadaan riittämään? Mihin sitä käytetään? Miten energia hinnoitellaan? Yhteiskunnan sujuvan toimimisen kannalta insinöörien koneet ja fyysikoiden teoriat eivät enää riitä, vaan energia-alalle tarvitaan monenlaista asiantuntijaa. Toisaalta fyysikkona väitän, että jokaisen olisi ihan hyödyllistä tietää joitakin termodynamiikan perusasioita sähkösopimusta tehdessä tai ilmastotekoja miettiessä.
Minulle on kerrottu, että historia ei tarjoa oppikirjaa, josta voisi ennustaa kehityksen seuraavat vaiheet. Voi kuitenkin löytää perusteluja toteamukselle, että olemme nyt samassa tilanteessa informaation suhteen kuin joskus aikaisemmin energian suhteen. Informaatiota koskevat samankaltaiset perustavanlaatuiset rajoitukset kuin energiaa. Informaation saatavuudesta on tullut meille samanlainen välttämättömyys kuin energian saatavuudesta. Informaatioajan höyrykone on – mikäs muukaan - kuin tietokone. Uutena mausteena soppaan on tullut kvanttifysiikka. Informaation prosessointi, kuten laskenta, vaati aina jonkin fysikaalisen systeemin. Jos tuo systeemi noudattaa kvanttifysiikan lakeja, niin informaation prosessointi muuttuu erilaiseksi. Sitä koskee erilaiset perustavanlaatuiset rajoitukset ja uusia mahdollisuuksia aukeaa. Tietokoneeseen rakennetaan useissa eri tutkimusryhmissä parhaillaan kvanttiprosessoria, joka tekisi siitä seuraavan kehitysaskeleen laitteen, kvanttitietokoneen. Pieniä kvanttitietokoneen rääpäleitä on jo olemassa, mutta hommassa on vielä insinööreille ja fyysikoille paljon purtavaa. Kaupallisesti merkittävässä hyötykäytössä kvanttitietokonetta ei vielä ole. Ison kvanttitietokoneen rakentaminen on nimittäin erittäin haastavaa eikä kvanttialgoritmienkaan kehittely helppoa puuhaa ole.
Vaikka kvanttitietokoneita ei vielä ole hyötykäytössä, olemme tulleet pisteeseen, jossa kvanttilaskennan kehitykseen tarvitaan uusia taitoja ja näkökulmia. Jos tämä tuntuu liian kaukaiselta asialta, niin puhdas mielenkiintokin on hyvä syy seurata kehitystä.
Ehkä tässä mielessä kvanttilaskentaa voisi verrata kuulentoihin 1960- ja -70 lukujen taitteessa. Kukaan ei voi täydellä varmuudella sanoa onnistuuko ihmiskunta valjastamaan kvanttitietokoneen merkittäväksi uuden teknologian höyrykoneeksi, mutta juuri nyt elämme mielenkiintoista aikaa. Eikö olisikin mukava tietää hieman enemmän kvanttilaskennasta, että tästä live- jännitysnäytelmästä saa kaiken ilon irti?
Tässä kohtaa humanisti saattaa parahtaa, että helppohan sinun on sieltä kvanttifyysikkona velvoittaa opiskelemaan sitä ja tätä. Olen koittanut tulla asiassa vastaan. Työryhmäni kanssa teemme Kvanttilaskennan aakkoset -kurssisarjaa, jonka ensimmäinen A-osa on jo saatavilla. A-osaan on puristettu kvanttilaskennasta se, minkä voi kertoa ilman matemaattista koneistoa. Teoreettisena fyysikkona asioiden kertominen ilman matematiikkaa on vähän kuin piirtäisi Aku Ankkaa, mutta jättäisi kuvat pois ja tekisi vain puhekuplat. Olen kuitenkin yrittänyt. Humanisti, tule puoliväliin vastaan ja käy kurkkaamassa kurssia. Voidaan vaikka yhteisvoimin kääntää kurssi latinaksi ja muinaiskreikaksi, jos niin haluat. Enemmin tai myöhemmin kvanttiteknologia tarvitsee humanisteja.
