Ovatko kvanttibittit yliarvostettuja? Rationaalisen fysiikan väittely

Kvanttitietokoneet ovat sekä lupaavin että hämmentävin innovaatioalue tietotekniikassa. Toisaalta kvanttitietokoneet lupaavat suorittaa laskelmia, jotka muuten olisivat täysin mahdottomia, ja vaikuttavat joskus rikkovan jokaisen normaalien tietokoneiden säännön ja rajoituksen.

Toisaalta niiden rakentaminen ja laskentatehon skaalaaminen käyttökelpoisiin tasoihin on äärimmäisen vaikeaa. Lisäksi on vielä paljon, mitä emme ymmärrä kvanttifysiikasta, mikä tekee kvanttietokoneiden käsitteestä haavoittuvan odottamattomille yllätyksille. Esimerkiksi asianmukainen kvanttigravitaation teoria on pysynyt saavuttamattomana vuosikymmeniä, mikä saattaa viitata syvään puutteeseen kvanttimekaniikan ymmärtämisessä.

Tämä viimeinen ajatus kvanttifysiikan omasta perustavanlaatuisesta rajoituksesta on äskettäin tarkennettu Tim Palmerin, Oxfordin yliopiston tutkijan, toimesta, joka on parhaiten tunnettu kaaosteoriasta ja ilmastotutkimuksestaan.

Hän uskoo, että kvanttialueen perustavanlaatuiset matemaattiset ominaisuudet saattavat sisäisesti rajoittaa kvanttietokoneiden todellisia kapasiteetteja paljon enemmän kuin aiemmin on ajateltu.

He julkaisi tutkimuksensa arvostetussa tieteellisessä lehdessä PNAS¹, otsikolla “Rational quantum mechanics: Testing quantum theory with quantum computers”.

Hypen ymmärtäminen: Kuinka kvanttitietokoneet toimivat?

Keskeinen osa on se, että sen sijaan että “diskreetit” bitit olisivat arvoltaan 1 ja 0 kuten tavallisessa tietokoneessa, kvanttietokoneiden kubitit osoittavat kvanttisuperpositiota ja lomittumista.

Yksinkertaistettuna tämä tarkoittaa, että jokainen kubitti voi sisäisesti tallentaa monimutkaisempaa informaatiota kerralla, mikä helpottaa laskelmia monimutkaisilla matemaattisilla matriiseilla.

Joten monimutkaisen tietojoukon, jossa jokaisella datapisteellä on useita mahdollisia arvoja – kuten elektronien tai atomien spiniarvot sirussa tai akkuelektrodissa – kvanttietokoneet voivat käsitellä kasvavaa monimutkaisuutta, ja jokainen lisäkubitti kasvattaa kapasiteettia eksponentiaalisesti.

Vastaavasti tavallinen tietokone lisää vain yhden uuden kapasiteetin kerrallaan, yhden uuden bitin kerrallaan, joten laskelma, joka monimutkaistuu eksponentiaalisesti jokaisen uuden datapisteen myötä, muuttuu nopeasti hallitsemattomaksi, ja eksponentiaalisesti kasvava monimutkaisuus ylittää jopa parhaiden tavallisten supertietokoneiden kapasiteetin.

Ainakin teoria tukee tätä perinteisten kvanttifysiikan käsitteiden mukaan. Mutta professori Palmer väittää, että näin ei ole.

Kvanttimekaniikka vs. Rationaalinen kvanttifysiikka (RaQM)

Mikä on Hilbertin avaruus? Kvanttivoiman kehys

“Päävirran” kvanttifysiikan käsitteet ryhmitellään yleensä termin “kvanttimekaniikka” (QM) alle, ja ne kuvaavat monimutkaisia, usein vastoin intuitiota tapahtuvia ilmiöitä kvanttiasteikolla.

Keskeinen elementti, joka liittyy kvanttietokoneisiin, on Hilbert space -ajatus. Tämä käsite laajentaa tutun 2‑ tai 3‑ulotteisen avaruuden mihin tahansa määrään ulottuvuuksia ja luo matemaattisen kehyksen, jonka päälle suurin osa kvanttifysiikasta on rakennettu.

“Hilbert space on matemaattinen käsite lineaarisessa geometriassa, joka määrittelee äärettömän‑ulotteisen avaruuden. Toisin sanoen se ottaa geometriset käsitteet, jotka rajoittuvat kahden‑ ja kolmen‑ulotteisten avaruuksien käsittelyyn, ja laajentaa ne niin, että niitä voidaan käyttää äärettömän monessa ulottuvuudessa.”

Koska se on niin perustavanlaatuinen työkalu kvanttifysiikassa, sitä kyseenalaistetaan harvoin. Ja se on ehdottomasti “todellinen” käsite yleisesti, sillä se mahdollisti suurimman osan kvanttifysiikan ennusteista, jotka on vahvistettu kokeellisesti.

“Hilbert‑avaruudet ovat keskeisiä aloilla kuten kvanttimekaniikka, jossa ne tarjoavat matemaattisen kehyksen mikroskooppisten hiukkasten käyttäytymisen ymmärtämiseen. Tämä sisältää sovelluksia monimutkaisten yhtälöiden, kuten Schrödingerin yhtälön, ratkaisemiseen, joka kuvaa kuinka kvanttisysteemit kehittyvät ajan myötä.”

Sen klassisessa tulkinnassa Hilbert‑avaruuden ulottuvuuksien määrä kasvaa eksponentiaalisesti kvanttietokoneessa käytettyjen kubittien määrän myötä. Tämä tulkinta riippuu täysin Hilbert‑avaruuden jatkuvuusluonteesta, jonka professori Palmer haastaa.

Rationaalinen kvanttifysiikka: Jatkuvuuden haastaminen

Oxfordin fyysikon julkaisema teoria haastaa sen, että Hilbert‑avaruus käyttäytyy juuri näin, ja osoittaa kvanttigravitaation saavuttamattomuuden merkkinä, että näin saattaa olla. Hän kutsuu teoriaansa “rationaaliseksi kvanttifysiikaksi” (RaQM).

“Esittelemme kvanttifysiikan teorian, joka perustuu ajatukseen, että kvanttimekaniikan tilanavaruuden jatkuvuusluonne lähestyy jotain sisäisesti diskreettiä, ja väitämme, että tämän diskreettisuuden syy on gravitaatio.”

Ajatus on, että Hilbert‑avaruus on todellakin rakeinen, mutta äärimmäisen pienellä mittakaavalla, koska gravitaatio on niin heikko verrattuna muihin perusvoimiin. Hän kehitti näitä ideoita edelleen liitteenä olevassa tieteellisessä artikkelissa² otsikolla “Solving the Mysteries of Quantum Mechanics: Why Nature Abhors a Continuum”.

Ilman matemaattisten yksityiskohtien läpikäymistä katsotaan, että kvanttitila määritellään vain tiettyjen “rationaalisten” havaintojen suhteen. Tämä johtaa hieman erilaiseen ymmärrykseen kompleksiluvuista, kuten imaginaariluku √(-1) tai niin kutsutut kvaternionit, mikä mahdollistaa realistisen tulkinnan kvanttitilasta RaQM:ssa verrattuna QM:ään.

Tai kuten professori Palmer sanoo, hänen teoriansa poistaa joitakin kvanttifysiikan kuuluisista paradokseista, kuten Schrödingerin kissan.

“RaQM:ssa kissat eivät enää ole samanaikaisesti elossa ja kuolleina.”

1000‑kvanttibitin katto: Käytännön vaikutukset tulevaisuudessa

Olennainen osa äärimmäisen voimakkaiden kvanttitietokoneiden oletusta on se, että lisäämällä enemmän kubitteja lisätään enemmän “ulottuvuuksia” matemaattisen ongelman ratkaisemiseksi. Tämä oletus perustuu ajatukseen, että Hilbert‑avaruus tarjoaa äärettömän “uuden tietovaraston” (ulottuvuuksia) kun kubitteja lisätään järjestelmään.

Professori Palmerin idea siis aiheuttaisi vakavia seurauksia kvanttitietokoneille.

Jos tämä pitää paikkansa, kvanttitilan informaatiomäärä kasvaa lineaarisesti kubittien määrän myötä, eikä eksponentiaalisesti kuten aiemmin on ajateltu, mikä periaatteessa kumoaa kvanttitietokoneiden suurimman oletuksen.

“Kriittisen määrän lomittuneiden kubittien ylittyessä kvanttitilassa ei yksinkertaisesti ole riittävästi informaatiota varata edes yhtä bittiä jokaiselle Hilbert‑avaruuden ulottuvuudelle. Kun näin tapahtuu, kaikki algoritmit, jotka hyödyntävät koko Hilbert‑avaruuden, menettävät kvanttietua edun klassisiin algoritmeihin verrattuna.”

Artikkeli arvioi, että tämä raja‑arvo voidaan saavuttaa, kun kvanttitietokoneet ylittävät noin muutaman sadan, jopa 1 000 virhekorjattua kubittia.

On syytä huomata, että tämä on paljon alle sen rajan, joka vaaditaan merkittävien salausmenetelmien murtamiseen; esimerkiksi 4 099 kubittia tarvitaan 2048‑bittisen RSA‑avaimen murtamiseen Shorin algoritmilla, joka on todennäköisin kvanttialgoritmi käytännön sovelluksiin.

Jos professori Palmer on oikeassa, tämä voisi tarkoittaa, että salaus pysyy ikuisesti turvassa kvanttitietokoneilta nykyisten käsitystemme mukaisesti.

Kun yhä useammat kvanttitietokoneprototyypit lähestyvät tätä rajaa, yksin tai verkottumisen kautta, tiedämme todennäköisesti pian, onko tämä idea totta.

“‘QM on täyttänyt kaikki sille asetetut kokeelliset haasteet, ja siksi paperissa ehdotan kokeilua, joka voitaisiin toteuttaa muutaman vuoden sisällä – jos uskoo kvanttiteknologian tiekarttoihin – RaQM:n testaamiseksi QM:n vastakohtana.’”

Käsite voi myös aiheuttaa merkittäviä vaikutuksia kvanttifysiikkaan, jos se osoittautuu todeksi, paljon kvanttitietokoneiden potentiaalin rajoittamisen lisäksi. Tämä itsessään voisi tehdä kvanttitietokoneista erittäin tärkeitä, vaikka niiden käytännön sovellukset olisivatkin rajoitetumpia kuin alun perin odotettiin.

“Jos kvanttitietokoneet tarjoavat kokeita, jotka eivät ainoastaan löydä seuraajateoriaa kvanttimekaniikalle, vaan vielä tärkeämpänä löytävät teorian, joka yhdistää kvantti‑ ja gravitaatiophysiikan, se olisi varmasti poikkeuksellisen hyvä lopputulos kaikelle vuosien aikana kvanttiteknologiaan tehtylle työlle.”

Strategiset sijoitusjohtopäätökset: Kvanttiriskiä hallitseminen

Tämä uusi käsite on kaukana todistetuista, ja se on radikaali poikkeama fyysikkojen konsensuksesta kvanttimekaniikassa. Joten se on toistaiseksi vain erittäin mielenkiintoinen, mutta todistamaton teoria, joka on olemassa vain teoreettisessa matematiikassa.

Se tulisi kuitenkin huomioida kvanttiteknologia‑osakkeiden sijoittajien toimesta, sillä se muistuttaa meitä siitä, että kvanttifysiikka ei ole vielä täysin ymmärretty, ja se pitää sisällään potentiaalia sekä yllättäviin uusiin mahdollisuuksiin että rajoituksiin sen käytännön sovelluksissa.

Toinen seikka on, että jos salaus on pysyvästi turvassa kvanttitietokoneilta, on myös Bitcoin turvassa, mikä on äskettäin kärsinyt narratiivista että se pian “murtuu” kvanttiteknologian edistymisen myötä, aiheesta, jonka käsittelimme myös artikkelissamme “The Post-Quantum Investment Audit: Top 10 Stocks for 2026”.

• Jos kvanttitietokoneet saavuttavat enimmäiskynnyksen, joka on yli 1 000 kubittia, Bitcoin on turvassa, ja narratiivi, joka laski Bitcoinin hintaa, katoaa.
• Jos professori Palmer on väärässä, kvanttitietokoneet saattavat todellakin uhata salkun Bitcoin‑osuutta, mutta ne pystyvät myös suorittamaan lähes kuviteltavissa olevan laskennan ihmeen sekä salauksen että syvemmän materiaalimaailman ymmärtämisen osalta.

Joten kvanttiteknologia‑osakkeita ja kryptovaluuttoja yhdistävä salkku todennäköisesti tasapainottaa molemmat mahdollisuudet parhaiten.

Kvanttiteknologia‑sijoituksia varten voit tutustua investointiraporttiimme Honeywellista ja sen kvanttiteknologia‑tytäryhtiöstä, Quantinuum, tai artikkeliimme “5 Parasta kvanttiteknologia‑yritystä vuonna 2025”.

Viitteet:

<sup>1. Tim Palmer. Rationaalinen kvanttifysiikka: Kvanttiteorian testaaminen kvanttibittien avulla. PNAS. 123 (12) e2523350123. 16. maaliskuuta 2026. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2. Tim Palmer. Kvanttimekaniikan mysteerien ratkaiseminen: Miksi luonto inhoaa jatkuvuutta.Proceedings of the Royal Society. 18. helmikuuta 2026. https://arxiv.org/abs/2602.16382</sup>