Ovatko Kvantti Kubitit Yliarvostettuja? Rationaalinen Fysiikan Keskustelu

Kvanttitietokoneet ovat sekä lupaavin että hämmentävin innovaatiosegmentti laskennan alalla. Toisaalta kvanttitietokoneet lupaisivat suorittaa laskentoja, jotka muuten olisivat täysin mahdottomia, ja näyttävät ajoittain rikkovan kaikkia tavallisten tietokoneiden sääntöjä ja rajoituksia.

Toisaalta niitä on erittäin vaikea rakentaa ja skaalata niiden laskentatehoa hyödylliselle tasolle. Ja paljon kvanttifysiikasta on vielä ymmärtämättä, mikä jättää kvanttitietokoneiden käsitteen alttiiksi odottamattomille yllätyksille. Esimerkiksi kunnollinen kvanttigravitaation teoria on pysytellyt saavuttamattomissa vuosikymmeniä, mikä saattaa viitata syvälliseen puutteeseen kvanttimekaniikan ymmärtämisessämme.

Tätä viimeistä ajatusta kvanttifysiikan perustavanlaatuisesta rajoituksesta on äskettäin tarkentanut Tim Palmer, Oxfordin yliopiston tutkija, joka tunnetaan parhaiten työstään kaaosteorian ja ilmaston parissa.

Hänen mielestään kvanttiavaruuden perustavanlaatuiset matemaattiset ominaisuudet saattavat luonnostaan rajoittaa kvanttitietokoneiden todellisia kykyjä paljon enemmän kuin aiemmin on ajateltu.

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

Hype-kuplan Ymmärtäminen: Miten Kvanttitietokoneet Toimivat?

Ennen kuin keskustelemme professori Palmerin ideasta, voi olla hyödyllistä ymmärtää, mikä tekee kvanttitietokoneista erityisiä.

Keskeinen osa on, että tavallisen tietokoneen “diskreettien” bittien (arvot 1 & 0) sijaan kvanttitietokoneiden kubitit ilmentävät kvanttisuperpositiota ja -lomittumista.

Yksinkertaistaen tämä tarkoittaa, että jokainen kubitti voi luonnostaan tallentaa kerralla monimutkaisempaa tietoa, mikä helpottaa laskentaa monimutkaisten matemaattisten matriisien kanssa.

Joten monimutkaiselle datajoukolle, jossa jokaisella datapisteellä on monia mahdollisia arvoja, kuten elektronien tai atomien spin-arvot sirussa tai akun elektrodissa, kvanttitietokoneet pystyvät käsittelemään kasvavaa monimutkaisuutta, ja jokainen lisätty kubitti kasvattaa kapasiteettia eksponentiaalisesti.

Vastaavasti tavallinen tietokone lisää vain yhtä uutta kapasiteettia kerrallaan, yhtä uutta bittiä kerrallaan, joten laskenta, joka muuttuu eksponentiaalisesti monimutkaisemmaksi aina kun uusi datapiste lisätään, muuttuu nopeasti hallitsemattomaksi, sillä nopeasti moninkertaistuva monimutkaisuus ylittää jopa parhaiden tavallisten supertietokoneiden kapasiteetin.

Ainakin näin teoria menee, ja sitä tukee klassisen kvanttifysiikan toiminnan valtavirran käsitykset. Mutta professori Palmer väittää, että näin ei ole.

Kvanttimekaniikka vs. Rationaalinen Kvanttifysiikka (RaQM)

Mikä on Hilbertin Avaruus? Kvanttitehon Viitekehys

Kvanttifysiikan “valtavirran” käsitteet on yleensä ryhmitelty termiin “kvanttimekaniikka” (QM), ja ne kuvaavat kvanttiskaalalla tapahtuvia monimutkaisia, usein vastaintuitiivisia ilmiöitä.

Kvanttitietokoneisiin liittyvä keskeinen elementti on Hilbertin avaruuden käsite. Tämä käsite laajentaa tutun 2D- tai 3D-avaruuden mihin tahansa määrään ulottuvuuksia ja luo matemaattisen viitekehyksen, jolle suurin osa kvanttifysiikasta rakentuu.

“Hilbertin avaruus on lineaarigeometrian matemaattinen käsite, joka määrittelee äärettömän ulotteisen avaruuden. Toisin sanoen se ottaa geometriset käsitteet, jotka on rajoitettu käsittelemään kaksi- ja kolmiulotteisia avaruuksia, ja laajentaa niitä niin, että niitä voidaan käyttää äärettömän määrän ulottuvuuksien kanssa.”

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

“Hilbertin avaruudet ovat ratkaisevan tärkeitä sellaisilla aloilla kuin kvanttimekaniikka, missä ne tarjoavat matemaattisen viitekehyksen hiukkasten käyttäytymisen ymmärtämiseksi mikroskooppisella skaalalla. Tämä sisältää sovelluksia monimutkaisten yhtälöiden, kuten Schrödingerin yhtälön, ratkaisemisessa, joka kuvaa kuinka kvanttisysteemit kehittyvät ajan myötä.”

Klassisessa tulkinnassaan Hilbertin avaruuden ulottuvuuksien määrä kasvaa eksponentiaalisesti kvanttitietokoneen käyttämien kubittien määrän mukana. Tämä tulkinta riippuu kokonaan Hilbertin avaruuden jatkuvuusluonteesta, ja juuri tätä ajatusta professori Palmer haastaa.

Rationaalinen Kvanttifysiikka: Haaste Jatkuvuudelle

Oxfordin fyysikon julkaisema teoria haastaa sen, että Hilbertin avaruus todella toimii tuolla tavalla, ja osoittaa kvanttigravitaation saavuttamattomuuden viitteeksi siitä, että näin saattaa olla. Hän kutsuu teoriaansa “rationaaliseksi kvanttimekaniikaksi” (RaQM).

“Esittelemme kvanttifysiikan teorian, joka perustuu ajatukseen, että kvanttimekaniikan tilan jatkuvuusluonne approksimoi jotain luonnostaan diskreettiä, ja väitämme, että syy tällaiseen diskreettisyyteen on gravitaatio.”

Ajatus on, että Hilbertin avaruus on todellakin rakeinen, mutta erittäin pienessä mittakaavassa, koska gravitaatio on niin heikko verrattuna muihin perustavanlaatuisiin fysikaalisiin voimiin. Hän kehitti näitä ideoita pidemmälle seuraavassa tieteellisessä artikkelissaan² otsikolla “Solving the Mysteries of Quantum Mechanics: Why Nature Abhors a Continuum”.

Mennättä matemaattisiin yksityiskohtiin, katsotaan, että kvanttitila määritellään vain tiettyjen “rationaalisten” observaabelien suhteen. Tämä johtaa hieman erilaiseen ymmärrykseen kompleksiluvuista, kuten imaginaariluvusta √(-1) tai niin kutsutuista kvaternioista, mikä mahdollistaa realistisen tulkinnan kvanttitilasta RaQM:ssä verrattuna QM:ään.

Tai kuten professori Palmer sen ilmaisee, hänen teoriansa poistaa joitain kvanttifysiikan kuuluisia paradokseja, kuten Schrödingerin kissan.

“RaQM:ssä kissat eivät ole enää samanaikaisesti eläviä ja kuolleita.”

1 000 Kubitin Katto: Käytännön Implikaatiot Tulevaisuudelle

Erittäin tehokkaiden kvanttitietokoneiden premissin olennainen osa on, että lisäkubittien lisääminen lisää “ulottuvuuksia”, joilla työstää matemaattista ongelmaa. Tämä oletus perustuu ajatukseen Hilbertin avaruuden tarjoavan äärettömän “uuden datan tallennustarjonnan” (ulottuvuuksia), kun järjestelmään lisätään enemmän kubitteja.

Professori Palmerin idealla olisi siis vakavia seurauksia kvanttitietokoneille.

Jos tämä on totta, kvanttitilan informaatiosisältö kasvaa lineaarisesti kubittien määrän mukana, eikä eksponentiaalisesti kuten aiemmin on ajateltu, mikä pohjimmiltaan romuttaa kvanttitietokoneiden suurimman premissin.

“Kriittisen määrän lomittuneita kubitteja ylittäessä kvanttitilassa ei yksinkertaisesti ole tarpeeksi informaatiota varata edes yhtä bittiä tietoa Hilbertin avaruuden jokaiselle ulottuvuudelle. Kun tämä tapahtuu, kvanttialgoritmit, jotka hyödyntävät koko Hilbertin avaruutta, lakkaavat antamasta kvanttiedun etua klassisille algoritmeille.”

Artikkelin arvion mukaan tämä kynnys saattaa ylittyä, kun kvanttitietokoneet ylittävät noin muutaman sadan jopa 1 000 virhekorjattua kubittia.

On huomattava, että tämä on paljon odotettua kynnystä alempana, joka tarvitaan tärkeiden salausmenetelmien murtamiseen; esimerkiksi 4 099 kubittia tarvitaan 2048-bittisen RSA-avaimen murtamiseen käyttäen Shorin algoritmia, kvanttialgoritmia, joka on todennäköisimmin hyödyllinen käytännön tarkoituksiin.

Jos professori Palmer on oikeassa, tämä saattaa tarkoittaa, että salaus pysyy ikuisesti turvassa kvanttitietokoneilta nykyisessä ymmärryksessämme.

Koska monet kvanttitietokoneprototyypit lähestyvät tätä rajaa, yksin tai verkostoitumalla, saamme luultavasti pian tarpeeksi tietää, onko tämä ajatus totta.

“‘QM on täyttänyt kaikki sille asetetut kokeelliset haasteet, joten artikkelissa ehdotan koetta, joka voitaisiin suorittaa muutamassa vuodessa – jos uskoo kvanttiteknologian tiekarttoihin – testatakseen RaQM:ää QM:ää vastaan.’”

Konseptilla saattaisi olla myös merkittäviä seurauksia kvanttifysiikalle, jos se todistetaan todeksi, paljon laajemmin kuin vain rajoittaen kvanttitietokoneiden potentiaalia. Mikä itsessään saattaisi tehdä kvanttitietokoneista erittäin tärkeitä, vaikka niiden käytännön sovellukset olisivatkin rajoittuneempia kuin aiemmin toivottiin.

“Jos kvanttitietokoneet tarjoavat kokeet paitsi kvanttimekaniikan seuraajateorian löytämiseksi, myös – mikä tärkeämpää – teorian löytämiseksi, joka yhdistää kvantti- ja gravitaatiofysiikan, se olisi varmasti erittäin hyvä lopputulos kaikelle työlle, jota on vuosien varrella panostettu kvanttilaskentaan.”

Strategiset Sijoitusopit: Kvanttiriskin Hallinta

Tämä uusi käsite on kaukana todistetusta, ja itse asiassa se on radikaali poikkeama fyysikoiden konsensuksesta kvanttimekaniikasta. Joten tämä on toistaiseksi vain erittäin mielenkiintoinen, mutta todistamaton teoria, joka on olemassa vain teoreettisessa matematiikassa.

Sitä tulisi kuitenkin huomioida kvanttilaskentaan sijoittavien sijoittajien, sillä se muistuttaa meitä siitä, että kvanttifysiikkaa ei vieläkään ymmärretä täysin, ja se sisältää potentiaalia sekä yllättäville uusille mahdollisuuksille että rajoituksille käytännön sovelluksissaan.

Toinen elementti on, että jos salaus on pysyvästi turvassa kvanttitietokoneilta, niin on myös Bitcoin, joka on äskettäin kärsinyt narratiivista, jonka mukaan se ”murtuu pian” kvanttilaskennan edistymisen myötä, aiheesta, jota käsittelimme myös artikkelissa “The Post-Quantum Investment Audit: Top 10 Stocks for 2026”.

Joten voisi olla järkevää tasapainottaa molempia riskejä toisiaan vastaan:

• Jos kvanttitietokoneet saavuttavat maksimikynnyksen 1 000+ kubittia, Bitcoin on turvassa, ja narratiivi, joka painoi Bitcoinin hintaa alaspäin, katoaa.
• Jos professori Palmer on väärässä, kvanttitietokoneet saattavat todellakin uhata salkun Bitcoin-osuutta, mutta ne pystyvät myös suorittamaan vaikeasti kuviteltavan laskennan ihmeen sekä salauksessa että materiaalimaailman syvemmässä ymmärtämisessä.

Joten salkku, joka yhdistää kvanttilaskentaosakkeita ja kryptovaluuttoja, lieventänee todennäköisesti parhaiten molempia mahdollisuuksia.

Kvanttilaskennan sijoittamiseen voit tutustua sijoitusraporttiimme Honeywellista ja sen kvanttilaskenta-tytäryhtiöstä, Quantinuumista, tai artikkeliimme “5 Best Quantum Computing Companies of 2025”.

Viitteet:

^{1. Tim Palmer. Rational quantum mechanics: Testing quantum theory with quantum computers. PNAS. 123 (12) e}