10 syytä miksi kvanttiteknologia pitäisi olla johdon ja hallituksen agendalla vuonna 2020
”Hähmäinen”. ”Epävarmaa tuleeko milloinkaan”. ”Vaikea”. ”Ei käytännön sovelluksia”. Kuultuaan nämä kommentit yritysjohtaja ei varmaankaan innostu esittelemään kvanttiteknologiaa johdon strategiapalaverissa tai hallituksen kokouksessa. Vaikka pitäisi.
On totta, että kvanttiteknologialla on vielä matkaa siihen hetkeen, että siitä olisi käytännön hyötyä yrityksille. Kuten mikä tahansa uusi ja disruptiivinen teknologia, kvanttiteknologiakin vaikuttaa alussa hähmäiseltä ja vaikeasti ymmärrettävältä.
Yritystään tulevaisuuteen luotsaava johtaja kuitenkin kokee asiakseen tuoda johtoryhmän ja hallituksen tietoon asioita, jotka voivat luoda yritykselle merkittävää kilpailuetua – tai toisaalta ehkä myös tuottaa uhkakuvia, joihin on tärkeää ryhtyä kasvattamaan varautumista vähin erin jo nyt.
Vahvoja kehitysaskeleita
Vuonna 2019 kvanttikone (kvanttitietokone) saavutti huomattavan merkkipaalun matkalla kohti yleiskäyttöistä kvanttikonetta. Googlen 54 kubitin kone suoritti 200 sekunnissa tehtävän, johon olisi Googlen arvion mukaan mennyt kymmenen tuhatta vuotta perinteisellä tietokoneella. Kyllä – suoritus tapahtui kapealla osa-alueella ja käytännön sovelluksiin on vielä matkaa, mutta tapahtuma on silti merkittävä.
Tilannetta, jossa kvanttikone ylittää klassisen tietokoneen suorituskyvyn kutsutaan kvanttiyliherruudeksi eli quantum supremacyksi. Tämän siis Google saavutti viime vuonna.
Kvanttikoneita valmistava IonQ yhtiö ilmoitti, että he saavuttivat kyseisen yliherruuden jo ennen Googlea, mutta eivät halunneet siitä tiedottaa välttääkseen sitä ristiriitaista keskustelua, johon Googlen ilmoitus johti ja aiemmin myös IBM:n ilmoittamat kehitysaskeleet johtivat. IonQ on ilmoittanut tavoitteekseen tuplata koneensa kubitien määrän joka vuosi.
Ristiriitaisuus on osa disruptiota. Kaikki eivät ole yhtä mieltä kehityksestä, sen etenemisestä tai asian tarpeellisuudesta. Useat eri tekniset toteutustavat kilpailevat keskenään ja selkeää voittavaa teknologiaa ei ole vielä löytynyt. Mutta kvanttiteknologia kehittyy, se on varmaa -mikä puolestaan ei ole varmaa, on aikataulu eri merkkipaaluille. Kaupallisesti hyödynnettävät toteutukset ovat käytössä 2020-luvulla. Yleiskäyttöistä kvanttikonetta saamme luultavasti odottaa 10 vuotta tai enemmän.
Suomi on hyvin mukana kvanttikentällä
Suomessa olemme hyvässä tilanteessa. VTT ilmoitti hankkivansa Suomen ensimmäisen kvanttikoneen. Hanke alkaa viiden kubitin koneen hankinnasta ja tavoitteena on kasvattaa kubitien määrää jatkossa merkittävästi. VTT:n hanke on Suomelle ja Euroopalle tärkeä, koska osaaminen ja ansaintamallien syntyminen muodostuu tekemisen kautta. Jos tekemisessä ei olla vahvasti sen ytimessä mukana, osaaminen rakentuu muualle. Suomi on myös mukana eurooppalaisessa kvanttikommunikaatioverkostossa jonka tarkoituksena on kehittää ja varmistaa turvallinen infrastruktuuri kvanttiajan kommunikointitarpeisiin.
Artikkelin lopussa on vielä lyhyt kuvaus siitä, mitä kvanttiteknologia on.
Seuraavassa on 10 kohdan lista syistä miksi kvanttiteknologia on ajankohtainen käsiteltäväksi ja laitettavaksi seurantaan monessa hallituksessa ja yrityksessä. Nyt on oikea aika ryhtyä miettimään milloin tämä voi olla ajankohtainen sinun yrityksellesi ja pohtia milloin ja miten kilpailijasi ryhtyvät toimeen.
Kvanttiteknologian 10 hyödyntämiskohdetta
Haastattelin eri alojen asiantuntijoita tätä artikkelia varten. Kokosin heidän näkemyksensä kvanttikoneen hyödyntämiskohteista kymmenen kohdan listaan. Kvanttiteknologia tulee vaikuttamaan kaikkiin ihmisen, yrityselämän ja universumin aloihin, joten lista antaa vain pienen katsauksen siihen, miltä tulevaisuus voi näyttää. Listan avulla, yritysten ja muiden organisaatioiden johtoryhmät pääsevät kuitenkin alkuun tutustumisessa kvanttimaailmaan.
1. Tuottavuus
Yritysten erilaisten prosessien kehitys on nykyteknologialla jo erittäin pitkällä, jopa niin, että merkittäviä kehitysaskeleita on vaikea löytää. Materiaalihallinta, logistiikka, tuotanto- ja palveluprosessit, markkinointi ovat alueita, joissa kvanttikoneen avulla suoritetusta optimoinnista voi olla merkittävää etua tuottavuuden kehittämisessä. Yksittäisenä esimerkkinä teollisuusrobotti on nykyisellään ohjelmoitu niin tehokkaaksi kuin mahdollista. Kvanttikoneen avulla vaikkapa hitsausrobotin liikeradat voidaan optimoida moninkertaisesti, jolloin saavutetaan taloudellisia säästöjä ja merkittävää parannusta myös energiatehokkuudessa.
2. Tutkimus ja tuotekehitys
On aloja, joissa datan määrä on niin valtava, että nykytietokoneilla on jopa mahdotonta päästä mallintamaan kohteen toimintaa ja dynamiikkaa. Tutkimus tehdään kokeilujen kautta ja sittenkään ei päästä toivottuun tarkkuuteen. Esimerkiksi lääketeollisuus odottaa kvanttikoneilta ratkaisuja muun muassa molekyylidynamiikan simulointiin, jolloin ei tarvitse enää yrittää ja erehtyä kokeellisesti vaan edetä simulaatioiden avulla. Tutkimustyö sekä tuotteiden ja ratkaisujen nopeutuvat ja voimme saada nopeammin uusia lääkkeitä tai rokotteita uudenlaisten sairauksien kohdatessa.
3. Ilmastonmuutos
Se mitä tiedämme ilmastosta tänään, on tulosta tuhansien tieteenharjoittajien työstä, mutta vieläkin on paljon selvitettävää. Mistä kaikesta ilmastojärjestelmä koostuu, miten ilmastonmuutoksen vaikutuksia voitaisiin mallintaa sekä yhdistää muiden tieteen alojen kanssa entistä parempien ratkaisujen löytämiseksi? Nämä ovat muiden muassa kysymyksiä, joihin kvanttiteknologialta toivotaan ratkaisuja ja uskotaan kvanttikoneen laskentatehon niitä myös tuovan. Apuna ilmastonmuutoksen suunnan muuttamisessa ovat myös kvanttisensorit, jotka ovat osa kvanttiteknologiaa. Kvanttisensorit keräävät tietoa nykysensoreita tarkemmin.
4. Ennakointi ja ennustaminen
Tekoäly ja koneoppiminen ovat jo tarjonneet suuren muutoksen erilaisten analyysien, ennakointien ja ennustusten tekemiseen. On kuitenkin alueita, joissa datamäärät ovat niin valtavia, että klassisten tietokoneiden laskentatehot eivät pysty niitä analysoimaan ja tuottamaan tarkkoja ennusteita. Sään ennustaminen on alue, jossa kvanttikoneen avulla voidaan saavuttaa huomattavasti tarkempia ennustuksia. Kvanttikoneen laskentatehon myötä myös mm. pankit ja finanssialan yritykset voivat torjua petoksia sekä arvioida riskejä ja tuottoja entistä tehokkaammin.
5. Liikenne
Volkswagen on yhdessä D-Wave yhtiön kanssa toteuttanut liikenteen optimointikokeiluja kvanttialgoritmejä hyödyntäen. Tavoitteena on liikennevirtojen optimoinnin kautta saavutettavat hyödyt ajankäytössä, energiatehokkuudessa, päästöttömyydessä ja liikenteen sujuvuudessa. Lissabonissa tehdyssä kokeilussa linja-auton kuljettajat pystyivät välttämään ruuhkatilanteita jo ennen ruuhkan syntymistä. Tulevaisuudessa kvanttikoneet voivat ohjata autonomisten kulkuvälineiden liikennettä ottaen huomioon eri ja muuttuvat ympäristötekijät. Tietoliikenteessä esimerkiksi televerkkojen optimointi, jota Italiassa on jo testattu sekä tukiasemien sijoittelussa voidaan saavuttaa moninkertaisia hyötyjä nykyteknologioihin verrattuna. ”Matkustavan myyntimiehen ongelma” on yksi kvanttikeskustelussa usein esitetty pulma.
6. Monimutkaisten ongelmien ratkaiseminen
Kvanttikone voi auttaa yritystä ratkaisemaan asiakkaiden ongelmia miljoona kertaa kilpailijoita nopeammin todetaan DIF ry:n blogissa. Klassinen tietokone toimii lineaarisesti ykkösten ja nollien välillä. Kvanttikone taas toimii aivan toisella tavalla – ykköset ja nollat toimivat yhtä aikaa superpositiossa. Monimutkaiset ongelmat ovat monimutkaisia, koska niissä on valtava määrä eri kerroksia. Kirjassaan ”Decoding Reality” fyysikko ja professori Vladko Vedral käyttää esimerkkinä kirjastoa. Tietyn kirjaston miljoonan nimikkeen joukosta oikean teoksen löytäminen kestäisi klassiselta koneelta pari viikkoa, kun kvanttikone tekisi saman muutamassa minuutissa. Kyvykkyys kompleksisten ja monikerroksisten ongelmien ratkaisemiseen tarjoaa varmasti kilpailuetua edelläkävijöille.
7. Yksilöllinen terveydenhoito
15 vuotta sitten kolesterolilääke oli yksi myydyimmistä lääkkeistä. Myöhemmin todettiin, että kyseinen lääke ei toimi jokaiselle. Lääketiede onkin kehittynyt yhä personoidumpaan suuntaan, yhä useampi saa täsmälääkettä sairauteensa. Mutta iso hyppy on vielä mahdollinen kvanttiteknologian myötä. Ihminen koostuu monesta eri kerroksesta ”omiikasta”, on genomiikkaa, metabolomiikkaa ja mikrobiomiikka ja niin edelleen. Lisäksi ihmisen terveyteen vaikuttavat mm. ympäristö, sosiaaliset olosuhteet, psyykkiset tekijät: Kvanttiteknologioiden – esim kvanttilaskenta ja -sensorit – voidaan ihmisen kokonaisuus huomioida entistä paremmin ja siten tarjota täysin yksilöllisesti laadittuja toimenpiteitä ja lääkityksiä. Vaikutukset ovat merkittäviä kansanterveyteen ja -talouteen sekä ihmisten hyvinvointiin.
8. Tieto- ja kyberturvallisuus
Suurin uhka, joka kvanttiteknologian käyttöönotosta voi aiheutua on nykyisten salausmenetelmien murtuminen. Post quantum cryptography -hankkeet pyrkivät varmistamaan, että tilanteeseen ollaan varautuneita. Toukokuussa 2020 julkistettiin Business Finlandin miljoonarahoitus SSH.COM:n tuotekehitykseen post quantum cryptography -projektiin. Samsung julkistaa viikolla 21 kvanttiturvallisen puhelimen. Kyberturvallisuuden uhasta ollaan montaa mieltä, mutta tärkeintä on ymmärtää, mikä yrityksen tietoturvassa olisi vaarassa, jos kvanttikone pystyisi siihen vaikuttamaan ja synnyttää tietoisuus miten ja missä vaiheessa on syytä toimia turvallisuuden varmistamiseksi.
9. Koneoppiminen
Kvanttikoneoppiminen on yksi kvanttiteknologian kiintoisimmista alueista, josta tiedetään toistaiseksi vähän. Kun kone pystyy käsittelemään valtavia datamääriä ja oppimaan itsenäisesti miten suuria ongelmia ratkaistaan, niin tullaan jälleen kerran näkemään kehitystä, jota ihmisten on ehkä tässä vaiheessa vaikea kuvitella. Käyttökohteita ja vaikutuksia ennakoidaan mm. maatalouteen ja ruuan tuotantoon sekä lentoteollisuuteen. Kvanttikoneoppiminen eli QML perustuu nykyisin kvanttidataan ja klassisen tietokoneen ja kvanttikoneen hybrideihin. Kvanttikoneoppimista sovelletaan esimerkiksi erilaisiin optimointi- ja mittaustehtäviin.
10. Monipuolinen teknologian hyödyntäminen
Keskusteluissa monet toivat esille niin kutsutun hypen välttämisen ja sen huomioimisen, että myös perinteisille teknologioille on paikkansa. Esimerkiksi avaruustutkimuksessa kvanttiteknologioilla voi olla hyötyä joissain sovelluksissa, mutta jatkossa suuri osa mallinnustyötä on kuitenkin tehtävä CPU- ja GPU-laskennalla. Myös vaihtoehtoisia tapoja kvantti- ja digitaalisille tietokoneille tutkitaan. Lupaavia esimerkkejä ovat mm. analogiset tietokoneet neuroverkkomallien toteuttamiseksi tekoälysovelluksissa.
Johdon ja hallitusten työn keskiössä on holistisuus, sellaisten kokonaisuuksien rakentaminen, joissa yhtiö tai organisaatio hyötyy eniten ja tuottaa parasta mahdollista arvoa asiakkaalleen. Tulevaisuudessa kvanttiteknologialla on roolinsa kokonaisuudessa, vaikka muiden teknologioiden osuus olisikin merkittävämpi. Siksi tutustuminen kvanttimaailmaan on syytä aloittaa mahdollisimman pian.
Suositukset johtoryhmille ja hallituksille
Johtamisen aikajänteet ovat monella teollisuuden haaralla pitkiä. Investointisyklit ovat 10-30 vuotta ja jopa pidempiä kun mennään energiateollisuuteen. Nyt tehdään päätöksiä investoinneista jotka tulevat haastetuiksi kvanttitietokoneilla viimeistään 2030 luvulla.
Tiedosta, että kvanttikehitys on olennaista. Kehitystä pitää eri tavoin seurata ja muodostaa omaa näkymää tulevaisuuteen ja analysoida mitkä kehitykset ovat olennaisia juuri meille.
Ymmärrä, ne pisteet missä kvanttikoneella voi saavuttaa kilpailuetua ja tee suunnitelma, miten kvanttiteknologia otetaan yrityksen agendalle. Aihe tulisi vähintäinkin sijoittaa hallituksen vuosikelloon. Johdon strategiasessioon kannattaa lisätä tilaisuus saada tietoa kvanttiteknologioista.
Valmistaudu, tuo esille loistavia ongelmia, joita kvanttiteknologioilla voisi ratkaista. Jos kvanttiteknologioilla näyttäisi olevan vaikutusta tai hyötypotentiaalia yrityksellesi, hanki asiatuntemusta, jotta voit alkaa rakentaa yrityksen kvanttipolkua.
Kvanttiteknologia pähkinänkuoressa:
- Kvanttimekaniikka = Fysiikan perusteoria, joka kuvaa miten luonnonlait (pl. painovoima) toimivat. Sisältää joukon käsitteitä, jotka tuntuvat oudoilta ihmisaistien havaittavissa olevassa maailmassa.
- Superpositio = Kvanttitilassa olevat kappaleet käyttäytyvät kuin aallot että kiinteät hiukkaset yhtä aikaa. Niiden tilaa (esim. energia) ei voi määritellä tarkasti vaan se on todennäköisyysjakauma (superpositio) kaikkia mahdollisia tiloja. Klassisessa tietokoneessa bitit ovat nollia tai ykkösiä, kvanttikoneessa nämä voivat olla yhtä aikaa molempia, eli ne ovat superpositiossa.
- Lomittuminen (entanglement) = Kvanttitilassa olevat kappaleet voivat olla kytkeytyneinä toisiinsa siten, että riippumatta siitä kuinka kaukana ne ovat toisistaan niiden tilat ovat erottamattomasti riippuvaisia toisistaan. ”Spooky action at a distance”, kuten Albert Einstein kutsui tätä.
- Teleportaatio = Tiedon välittämistä lomittumisen avulla kahden kvanttihiukkasen välillä. Vain tieto siirtyy – ei hiukkaset (eli ihmisten siirtäminen tällä tavalla ei onnistu a la Star Trek).
- Kvanttitietokone eli kvanttikone = Tietokone, joka hyödyntää kvanttimekaniikan erityispiirteitä sellaisten laskutoimitusten tekemiseksi, joka ei olisi mahdollista järkevässä ajassa perinteisellä tietokoneella.
- Kubitti eli kvantti bitti (qubit englanniksi) = kubitti on kvanttitilojen superpositio ja pystyy varastoimaan paljon monipuolisemmin tietoa kuin tavallinen bitti. Kvanttitietokoneita vertaillaan monesti kubittimäärän mukaan, koska se kuvastaa kuinka monimutkaisia laskutoimituksia kvanttitietokone pystyy tekemään.
- Kvanttisalaus = teknologia, jonka avulla voidaan viestiä ilman, että muut kuin viestinnän osapuolet pääsevät käsiksi viestin sisältöön. Kvanttisalausavainten avulla salauksen murtaminen on ainakin teoriassa mahdotonta.
Yhteistyössä