Smart Machines and Systems at the Service of Mankind: Andrus Pedai – „Kvantarvutid kui inimkonna järgmise läbimurde alus“

Andrus Pedai, tootmistehnika ja robootika doktor, TalTech, 2021. Eesti Ettevõtluskõrgkool Mainori rektor. Pedail on rohkem kui 20-aastane kogemus kõrgtehnoloogilise tootmise ja hariduse vallas. Tema teadustöö keskendub autonoomsete sõidukite juhtimissüsteemidele ja rakendustele.

Konverentsil käsitletud teema oli „Kvantarvutid kui inimkonna järgmise läbimurde alus“.

Pedai ütles alustuseks, et kvantarvutitel on võime muuta maailma. Selle turu praegune väärtus on 1,3 miljardit USA dollarit ja eeldatavasti kasvab see 2029. aastaks 5,3 miljardi USA dollarini. Seda kasvu soodustab nende ettevõtete üha suurenev arv, kes investeerivad kvantelektroonilisse arvutitehnoloogiasse.

Kvantarvutust kasutatakse juba praegu iga päev valdkondades nagu tervishoid, farmaatsiatööstus, transport jne. Kvantarvutuse valdkonnas on vaja palju värskelt koolitatud spetsialiste, kes võivad loota kõrgele palgale. Seda valdkonda ootab lähitulevikus väga tõenäoliselt ees plahvatuslik kasv ja neile, kes on huvitatud kvantarvutuse üksikasjadest, avaneb suur hulk põnevaid võimalusi.

Areng kvantarvutuse suunas on kulgenud lainetena, 1950ndate analoogarvutitest kastitaoliste lauarvutiteni, ja nüüdseks kannavad kõik nutitelefoni kujul taskus väikseid superarvuteid. Nendel on palju rohkem arvutusvõimsust kui näiteks 1985. aasta superarvutil Cray. Esineja mainis, et Moore'i seaduse kohaselt kahekordistub transistorite arv kiibil iga kahe aasta järel. Siiski näib, et oleme jõudmas punkti, kus füüsikaseadused peatavad selle seaduse edasise arengu. See tähendab, et transistorid muutuvad pidevalt väiksemaks, kuni nende läbimõõt jõuab viie aatomini ja siis muutub see tehnoloogia iganenuks. Heisenbergi määramatus hakkab tööle, aatomi asukoht on teadmata ja transistor läheb lühisesse. Selle probleemi lahendus on üleminek kvantarvutitele.

Teemasse süvenedes tutvustas esineja kvantarvutuse aluspõhimõtteid:

· superpositsioon, mis võimaldab kvantarvutitel töödelda hetkega tohutuid andmemahte;

· põimumine ehk nähtus, mille puhul kvantbitid muutuvad omavahel seotuks ja ühe kvantbiti olek mõjutab otseselt teise olekut, olenemata nende vahelisest kaugusest. See võimaldab kvantarvutitel teha keerulisi arvutusi massiliselt ja paralleelselt;

· interferents. Süsteemid võivad üksteist mõjutada. See võimaldab nii õigete vastuste täiustamist kui ka ebaõigete vastuste järkjärgulist kõrvaldamist arvutuste käigus;

· kvantdekoherentsus, mille käigus süsteem kaotab oma kvantkäitumise ja läheb üle klassikalisse staadiumisse.

Kvantarvutite kohta ütles Pedai, et neid on juba võimalik osta ja algtaseme kvantarvuti hind on umbes viis miljonit USA dollarit. IBM pakub kvantarvutusteenuseid ja igaüks meist saab neid kasutada 100 USA dollari eest minutis. Esineja selgitas lühidalt kvantarvuti tööpõhimõtteid. Esimeses etapis kasutab operaator ülesande koostamiseks tavalist arvutit. Ülesanne saadetakse tavalisest seadmest pilve, pannakse järjekorda ja saadetakse edasi juhtarvutisse. See tekitab segasignaali, sageduse, mida saab digitaliseerida ja saata kvantarvutisse; pärast kvantbittidega suhtlemist liigub signaal läbi võimendi tagasi tavalisse arvutisse. Siis töödeldakse signaali uuesti, misjärel konverteeritakse see voolu lõpus tagasi ühtedeks ja nullideks ning arvutustulemused tagastatakse operaatorile.

Kvantarvutustehnoloogia ei ole veel masstootmiseks valmis. See on alles algusjärgus ja lahendamist ootab veel palju küsimusi, nt sidusus ja müra. Kvantarvutite keskkond peab olema väga stabiilne ja turvaline. Vigade parandamise valdkonnas tuleb teha veel palju tööd. Lähitulevikus on parima võimaliku tulemuse saavutamiseks kõige otstarbekam lahendus, mis koosneb nii kvantarvutist kui ka klassikalisest arvutist. Lisaks tõi Pedai välja mõne valdkonna, kus kvantarvutid toovad tõenäoliselt kõige suuremat kasu, näiteks krüptograafia, keemia, tehisintellekt ja masinõpe, finantsmodelleerimine jpm.

Kokkuvõttes viitas peaesineja oma 2014. aastal avaldatud teadustööle, milles käsitleti tehnoloogilist singulaarsust ehk ideed masinast, mis on nii nutikas, et ehitab talle järgnevad arvutid ise. Ta selgitas, et tehisaru arengut arvestades võib see juhtuda üsna varsti. Hetke, mil masin saavutab teadvuse ja hakkab täitma omaenda eesmärke, nimetatakse singulaarsuspunktiks. Sellest hetkest alates ei ole inimese osalemine tehnoloogia arengu edasiseks toetamiseks enam vajalik ning süsinikupõhine intelligentsus lakkab olemast tehnoloogilise arengu tõukejõud, kuna räni-/kvantintellekt omandab juhtrolli. Selle hetkeni jõudmise aja kohta on mitmeid erinevaid arvamusi. Täieliku arutelu leiate meie YouTube'i kanalilt. Lisateavet leiate konverentsi kodulehelt.